[发明专利]一种激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂层及其制备方法。高熵合金涂层由Al、Co、Cr、Fe、Ni元素和Nb组成，可表示为Alsubgt;0.5/subgt;CoCrFeNiNbx，x取值范围为0‑0.4；Alsubgt;0.5/subgt;CoCrFeNiNbsubgt;x/subgt;成分为：Fe：20.23%~23.37%，Co：21.43%~24.66%，Cr:18.83%~21.76，Ni:21.26%~24.56%,Al:4.89%~5.65%,余量为Nb。步骤如下：准确称量上述各元素质量，放入混粉机充分混合，经烘干后放入同轴送粉器，然后在H13钢表面进行激光熔覆。工艺参数：激光功率：900~1800W，激光扫描速度：5~10mm/s，光斑直径：4mm/s，保护气流量：10~20L/min，搭接率30%~50%，送粉速度13~15g/min。本发明能在H13钢基材表面制备出高硬度、高耐磨性能的高熵合金涂层。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂层及其制备方法，属于材料表面强化技术领域。特别涉及一种在H13热作模具钢表面制备高硬度高耐磨Al_0.5CoCrFeNiNb_x高熵合金涂层。

背景技术

近年来，激光熔覆技术在表面强化及修复领域兴起，激光熔覆是运用高能激光束将合金粉末熔化，在材料表面快速形成一种熔覆层。激光熔覆具有效率高、稀释率低、热影响区小、快冷快凝细化晶粒的特点，成为材料表面涂层制备的不二之选。

高熵合金的出现打破了传统一元/二元合金的桎梏，高熵合金最早是由中国台湾学者叶均蔚提出，是指至少由5种元素（最多不超过13种）等原子比或近等原子比组成的合金。由于高熵合金具有较高的结构熵，这使得合金往往形成单一的固溶体，而并非金属间化合物；并且由于高熵合金所具备的迟滞扩散效应、鸡尾酒效应、晶格畸变效应、热稳定性，这使得高熵合金具有优良的强度、塑性、耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，常服役于模具修复、航空航天、船舶、石油化工等工业领域，具有非常广阔的应用前景。Al_0.5CoCrFeNi型高熵合金，其具有良好的强度和塑性，Nb元素具有较大的原子半径，加入Al_0.5CoCrFeNi高熵合金内可引起晶格畸变，并且能产生坚硬的第二相，生成共晶组织，大幅改善涂层的硬度及耐磨等性能。

高熵合金所具有的高性能是显而易见的，但是若用其直接来制备工装，在带来高服役性能的同时，势必也增加了高昂的成本；若工业领域工装或零部件磨损后直接更换新的，也会造成大量成本的损失。

发明内容

为制备出高硬度高耐磨的高熵合金涂层，使其更好地服役于模具表面，本发明选用H13热作模具钢做为基材进行激光熔覆处理。

为达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂层，高熵合金粉末由Fe、Co、Cr、Ni、Al和Nb元素组成，所得熔覆涂层表达式为Al_0.5CoCrFeNiNb_x，其中x取值范围为0~0.4，涂层的合金质量百分比为：Fe：20.23%~23.37%，Co：21.43%~24.66%，Cr:18.83%~21.76，Ni: 21.26%~24.56%, Al:4.89%~5.65%, 余量为Nb。

一种激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂层的制备方法，按照以下步骤进行制备：选用粒径为50~120μm且纯度≥99.5%的Fe、Co、Cr、Ni、Al、Nb球形粉末，用电子天平准确称量各元素的质量，然后置入混粉机，混粉机内部充满氩气，混粉机转速70rad/min，混粉时间为5h；将混合完成后的粉末在170℃的烘箱内烘干2h；将烘干完成后的混合粉末放入同轴送粉器经同轴送粉器将混合完成的粉末吹向H13钢表面进行熔覆处理，形成激光熔覆涂层，激光熔覆设备工艺参数为离焦量：5mm，激光功率：900~1800W，激光扫描速度：5~10mm/s，光斑直径：4mm/s，保护气流量：10~20L/min，搭接率30%~50%，送粉速度13~15g/min。