[发明专利]一种原位自生Al2

说明书

本发明公开了一种原位自生Al₂O₃增强高熵合金涂层及制备方法，属于激光熔覆领域。本发明所述的合金粉末为Al、Ti、V、Cr、Nb、TiO₂，基体材料选用TC4钛合金；具体方法为：对TC4基材进行表面预处理，将称量好的Al、Ti、V、Cr、Nb金属粉末与纳米TiO₂粉末通过球磨机球磨后均匀后预置在预处理TC4基材上，在其表面形成预置层，并进行激光熔覆试验，采用原位自生的方式引入Al₂O₃增强相，提高其高温抗氧化性能。本发明制备出的AlTiVCrNb‑TiO₂高熵合金涂层与基体实现良好的冶金结合，并无孔洞和裂纹的产生，其涂层具高硬度及良好的抗氧化性能。

技术领域

本发明公开了一种原位自生Al₂O₃增强高熵合金涂层及制备方法，属于激光熔覆领域。

背景技术

钛合金具有密度小、强度高、耐蚀性好、比强度高等优点，在航空航天、石油化工、汽车等诸多领域得到广泛的应用。然而，作为一种综合性能优良的钛合金，TC4在表面性能上也呈现出一些特有的不足，如钛合金硬度低、耐磨性差、高温抗氧化能力不足等，严重制约了其钛合金在复杂服役环境中的使用性能。

传统合金的设计理念通常是以1种或2种元素占主要成分，通过添加少量其他元素来提升合金部分性能。随着探索先进材料的快速发展，已开发出铝合金、镁合金、钛合金以及钛铝合金等实用型合金，而类似这种传统合金存在一定的元素局限性。近年来，高熵材料以其高强度、合理的延展性、高温热稳定性、优异的硬度和力学性能的卓越组合而引起了研究人员的关注。高熵合金的设计理念打破了传统的合金设计思想，一般由五种或五种以上的元素组成，且每种元素的含量在5％～35％(原子分数)之间，且高熵合金具有热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、晶格畸变效应和性能上的鸡尾酒效应，使得高熵合金具有优异的综合性能。

金属基复合涂层具有较高的强度和良好的耐磨性能，将不同类型和不同含量的颗粒增强相添加到高熵合金中，一些增强相会在高能热源的作用下分解，并与金属基质中的其他元素形成不同种类的二次增强相，进而提升涂层的综合性能。目前，增强相材料主要包括Al₂O₃、WC、SiC和TiN等陶瓷材料。Al₂O₃的强度高、弹性模量高、化学稳定性高、成本低且通常作为一个中保护性的氧化物，有利于提高合金的高温抗氧化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位自生Al₂O₃增强高熵合金涂层，所述涂层由以下原料制备得到，所述原料包括以下质量百分数比的合金粉末：Al：9.5～16.5％、Ti：4～18％、V：15.5～19％、Cr：16～19.5％、Nb：29～34.5％、TiO₂：0.5～18％。本发明制备的涂层增强相分布均匀，组织细小，具有较高硬度、高温抗氧化性能优异的特点，可进一步有效改善TC4基体的高温抗氧化性能。

作为本发明的进一步优化方案，所述的高熵合金粉末Al、Ti、V、Cr、Nb粒径范围为10～52μm，TiO₂金属粉末粒径范围为100～200nm。

本发明的另一目的在于提供所述原位自生Al₂O₃增强高熵合金涂层制备方法，向AlTiVCrNb中加入TiO₂，不仅可以提高激光吸收系数，而且将铝热反应与激光熔覆技术相结合，促进合金粉末熔化的同时，生成Al₂O₃作为增强相分布在AlTiVCrNb高熵合金涂层中，有利于提高熔覆层与基体的冶金结合，增强涂层的高温抗氧化性，具体包括以下步骤：

(1)对基材进行表面预处理。