[发明专利]一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层及其制备方法，陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层，由固溶相组成元素Fe、Al、Co、Cr、Ni和陶瓷相组成元素Ti、C以及Mo、Nb、Ta、V或W中的一种或多种高熔点元素，通过涂覆基体，然后激光熔覆制备而成，本发明实现了激光熔覆技术与先进的高熵合金材料相结合，促进了高熵合金在材料表面工程上的广泛应用，大幅度提高了材料的硬度及耐磨性能，获得具有高硬度、优异的耐磨性和耐蚀性能的合金涂层。

技术领域

本发明涉及涂层领域，具体是陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由至少五种主要元素组成的体系，在等原子或不等原子数量的混合物中形成完整的固溶体，而传统的合金主要由一或两种元素组成。前人的研究表明，由于高熵值、原子扩散困难、易获得晶体结构相对简单的固溶相，高硬度、耐高温、优异的耐磨性和良好的抗氧化性等突出性能，这使得它成为一种潜在的应用，可作为金属材料的保护涂层。

TiC具有良好的物理和化学性能，包括高强度和耐腐蚀性，使其成为制备金属基复合材料的优良增强相。与其他高熔点元素相比，Ti和C的ΔH_mix值最低，因此Ti和C倾向于结合并形成TiC。之前利用TiC增强涂层是通过在复合材料制备过程中添加TiC来完成的。然而，增强相与基体之间的润湿性是影响制备过程的主要因素，润湿性差会造成界面结合不良，导致材料断裂。此外，增强相与基体之间容易发生界面反应和原子扩散，严重影响复合材料的力学性能。而原位生成的加固阶段可以避免上述缺点。

一般来说高熔点元素的熔点和杨氏模量远高于其他形成元素，通过添加高熔点元素可以使复合材料具有更高的熔点和杨氏模量，从而具有更好的热稳定性的强度。另外，高熔点元素固溶于基体中导致晶格畸变增强，提高了涂层的机械性能。因此，开发一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层及其制备方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层，包括：所述涂层涂覆于基体上，所述涂层的总厚度为0.3-1.5mm，所述涂层由固溶相、陶瓷相和高熔点相构成，所述固溶相组成元素为Fe、Al、Co、Cr、Ni，所述陶瓷相的组成元素为Ti、C，所述高熔点相由X组成，所述X组成元素为Mo、Nb、Ta、V或W中的一种或多种。

进一步的，所述固溶相组成元素Fe由基体稀释而来，所述固溶相组成元素Al、Co、Cr、Ni的摩尔比为1:1:1:1，所述陶瓷相组成元素Ti、C分别与X的摩尔比为(1-4):(1-4)，陶瓷相和高熔点相物质量之和占除Fe之外整个涂层组成元素物质量之和的20-50%。

进一步的， 所述基体为碳钢。

进一步的，所述涂层由Al、Co、Cr、Ni、Ti、C和X混粉后激光熔覆制备而成。

根据本发明的一个方面，提供一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：使用砂纸对基体表面进行打磨，将打磨后的基体烘干备用；

S2：按照摩尔比例对Al、Co、Cr、Ni、Ti、C、X粉末称粉，然后均匀混合，使用粘结剂将合金粉末均匀涂覆在基体表面，预制层厚度为0.3-1.5mm，涂覆完成后，进行晾干并烘干处理；

所述X粉末为Mo、Nb、Ta、V或W粉末中的至少一种；

S3：采用激光体作为热源，进行激光熔覆制备，得到陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金耐磨涂层。