[发明专利]一种耐磨高熵合金涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种耐磨高熵合金涂层及其制备方法和应用，属于金属涂层材料与表面改性技术领域。本发明选用激光熔覆技术制备质量优异的高熵合金涂层，该涂层的相结构为单一的体心立方(BCC)固溶体结构，其中Fe、Cr、Mn作为此体系高熵合金中的基础元素可以使得涂层和基体(1Cr13马氏体不锈钢)有更好得润湿性，增强结合力；Fe、Cr、Mn、V四种元素都属于过渡金属元素，原子半径差和价电子浓度差都很小，加入Al元素有效提高涂层的耐摩擦磨损性能。同时，本发明还具有制备流程简单，易操作，重复性强，粉末成本较低等优点。

技术领域

本发明涉及一种耐磨高熵合金涂层及其制备方法和应用，属于金属涂层材料与表面改性技术领域。

背景技术

工业应用材料的重要性能指标就是材料的表面相关性质，各种表面应用改性技术可以经济有效的达到提升基础合金在各种苛刻条件下服役性能的目的，例如，制备特种涂层材料来提升基体材料的耐腐蚀、耐摩擦磨损、抗高温抗氧化性。并且涂层材料的表面质量对耐用性和性能的影响更大，在设计上是不可忽视的。现有技术中高熵合金涂层已被开发用于汽车制造、核领域和航空航天领域，通常高熵合金(HEA)至少是由四种元素或者是四种元素以上的原子以相等或几乎相等的摩尔比组成，尽管其包含多种成分，但HEA会形成简单但化学无序的固溶体，固溶体大多数由面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或六方密排(HCP)晶体结构组成，且多组分HEA的较低成本有利于其在涂层材料中的应用。最常见的涂层制备方法是激光熔覆、磁控溅射、热喷涂等，其中激光熔覆法制备的高熵合金涂层稀释率小、组织致密以及涂层和基体的结合度良好。激光熔覆利用高能密度的激光束将基材表面与添加的熔覆材料一起快速加热和冷凝，从而形成了一种与基体冶金结合的高熵合金涂层，具有结合强度强、凝固速度快、成分均匀等诸多优点。对于高熵合金涂层材料的耐磨应用，主要目标是通过给基体材料增加一层可以起到保护作用的涂层，来达到优先磨损涂层，此时如何通过激光熔覆技术来提高高熵合金涂层的耐摩擦磨损性能就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨高熵合金涂层及其制备方法和应用，具体的利用激光熔覆技术制备出具有优异的耐磨性能的涂层。

本发明的技术方案：

一种耐磨高熵合金涂层，该涂层是成分为FeCrMnVAl_x的体心立方BCC结构的固溶体相，其中Fe、Cr、Mn、V和Al的原子百分比的比为1:1:1:1:x，x为0～2.0，且各组分的原子百分比总和为100at％。

进一步限定，x为1.0～2.0。

一种上述耐磨高熵合金涂层的制备方法，该方法为：采用激光熔覆技术对预制高熵合金粉末层进行熔覆处理。

进一步限定，激光熔覆处理条件为：光斑直径为2.0～3.0mm，激光功率为800～1200W，扫描速度为7～10mm/s。

更进一步限定，激光熔覆处理条件为：激光功率为800KW，光斑直径为2mm，扫描速度为10mm/min。

进一步限定，预制高熵合金粉末层的制备过程为：将铁粉、铬粉、锰粉、钒粉和铝粉混合后平铺在模具中，将基体嵌入模具中压实，在基体表面形成预制高熵合金粉末层。

更进一步限定，铁粉、铬粉、锰粉、钒粉和铝粉的摩尔比为1：1：1：1：(0～2.0)。

更进一步限定，铁粉、铬粉、锰粉、钒粉和铝粉的摩尔比为1：1：1：1：1.0。

更进一步限定，铁粉、铬粉、锰粉、钒粉和铝粉的纯度均为99wt.％。

更进一步限定，铁粉、铬粉、锰粉、钒粉和铝粉的初始粒度为100～500目。

更进一步限定，预制高熵合金粉末层的厚度为1～2mm。

更进一步限定，基体为1Cr13马氏体不锈钢。