[發明專利]一種NbC增強的高熵合金涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201310167409.8
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103255414A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 王智慧;王虎;賀定勇;蔣建敏;崔麗;周正;趙秋穎
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C30/00
• 分類號: C23C30/00;C23C4/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于涂層技術領域，涉及一種NbC增強的高熵合金涂層，本發明還涉及一種采用等離子熔覆制備該涂層的方法。

背景技術

高熵合金是一種全新的合金設計理念，其組元數定義在5-13之間，每種組元的原子百分含量在5%-35%之間。因為合金中金屬元素種類多，原子排布的混亂度大，高熵效應促進了元素間的混合，使得合金相組成趨于簡單的體心立方或者面心立方結構，或者二者的混合結構，并且抑制脆性的金屬間化合物的形成。高熵合金具有十分優異的力學性能，例如具有高硬度、抗高溫軟化、耐高溫氧化、耐腐蝕和高電阻率等特性，具有應用廣泛，應用潛力多元化的優勢。

目前關于高熵合金的研究主要局限于合金不同成分間的組合，制備方法也主要采用真空電弧爐熔鑄法。高熵合金具有十分優異的力學性能，將高熵合金引入材料表面領域，用于材料表面改性，具有十分重要的現實意義。在高熵合金涂層中添加NbC作為增強相，可以有效的提高高熵合金涂層的硬度等力學性能，發揮高熵合金的應用潛力。相信這種NbC增強的高熵合金涂層會有十分廣闊的應用前景。制備的涂層與基材的結合強度高，表面質量優異，綜合力學性能穩定，持久耐用。

發明內容

本發明的目的是提供一種NbC增強的高熵合金涂層，獲得力學性能優于高熵合金基體的涂層。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案。

一種NbC增強的高熵合金涂層，其特征在于，按摩爾百分比由0.1%-35%的NbC（優選1%-20%）和65%-99.9%的高熵合金基體組成；高熵合金基體為CrCoCuFeMnNi，其成分為：Cr：5-35at.%；Co：5-35at.%；Fe：5-35at.%；Mn：5-35at.%；Ni：5-35at.%；Cu：5-35at.%。

上述含NbC增強的高熵合金涂層采用原位合成方法或非原位合成方法制備。

采用等離子熔覆的方法制備上述含NbC增強的高熵合金涂層，其特征在于，按以下步驟進行：

a）基材前處理，基材優選用低碳鋼，基材前處理包括去除氧化物和表面清洗；其中，去除氧化物采用車削、打磨等機械方法，直至露出金屬光澤；表面清洗可以用金屬洗凈劑、氫氧化納等熱堿液以及酒精、丙酮等有機溶劑進行清洗。

b）準備原材料，稱取NbC和高熵合金基體各元素原材料混合，然后在合金粉末中加入適量的造渣劑，造渣劑加入量為合金粉末的5-15wt.%；造渣劑的組成為：金紅石：50-100wt.%；螢石：0-25wt.%；云母：0-25wt.%；

c）混粉，將步驟b）中的原料放入混粉機中混合均勻；

d）制備高熵合金涂層，采用等離子噴焊設備制備涂層的工藝參數為：非轉移弧電壓：18-21V；非轉移弧電流：58-63A；轉移弧電壓：29-32V；轉移弧電流：100-130A；送粉電壓：4.0-5.5V；離子氣：200-350L/h；送粉氣：300-600L/h；保護氣：360-450L/h；噴焊速度：25-30mm/min；焊槍擺幅：15-25mm；噴距：10-15mm。

本發明優選，步驟b）中造渣劑的組成包括金紅石、螢石和云母三種物質。由于液態高熵合金的表面張力過大，與基材的潤濕角角很大，無法很好的在基材表面發生聯生結晶，成型不佳。造渣劑可以降低液態熔滴的表面張力，并且熔覆結束后會在熔覆層表面形成渣殼，不在熔覆層中殘留。造渣劑即改善了成型，又不影響涂層成分。

所用原料的純度要求在99%以上，顆粒度在80目-300目之間。本發明優選，采用原位合成NbC時，步驟b）中碳元素的過渡采用碳素鉻鐵（包括高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、低碳鉻鐵），而不采用石墨。鈮元素的過渡采用鈮鐵（優選含65%的Nb，35%的Fe），并稱取高熵合金基體所需的其他元素材料。

本發明優選，所述的步驟d）中，所述離子氣、保護氣、送粉氣均為氬氣。為了減少基材對高熵合金涂層的影響，采用相同的工藝參數，重復熔覆過程，使熔覆層達到4層以上，涂層厚度達到8-10mm，以避免基材對涂層的影響。

NbC的加入顯著的改變了基體的顯微組織，NbC均勻的分布在基體上可以有效地阻礙位錯運動，從而導致位錯塞積及位錯纏結，起到顆粒增強的作用，使得涂層的強度、硬度得到有效的提高。