[發明專利]等離子熔覆原位自生TiB2-TiC-TiN增強高熵合金涂層材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310434691.1
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103484810A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 程江波;張保森;王澤華;林盡染
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

?

技術領域????

本發明涉及一種等離子熔覆原位自生TiB₂-TiC-TiN增強高熵合金涂層材料及其制備方法，屬于材料加工工程專業表面工程技術涂層領域。

背景技術

一直以來，傳統的合金設計方法都是以一種或兩種元素作為主要組元，再通過添加其它元素來改善合金的組織性能，如不銹鋼、鋁合金、Ni-Al等二元系金屬間化合物以及塊體非晶合金等。然而，隨著現代工業的發展，人們在使用溫度、強度、耐磨性等方面對材料提出了越來越高的要求。盡管人們開發了新的材料加工工藝，如快速凝固、激光加工等，來提高材料的使用性能，但還是不能滿足要求。1995?年臺灣學者葉均蔚教授率先跳出了傳統合金的發展框架，提出新的合金設計理念，即多主元高熵合金。由于高熵合金擁有很多傳統合金所不具有的優異特性，比如通過適當的合金配方設計，可獲得高硬度、高加工硬化、耐高溫軟化、耐高溫氧化、耐腐蝕、高電阻率等特性組合，因此具有很大的應用潛力，如：高硬度且耐磨耐溫耐蝕的工具、模具；化學工廠、船艦的耐蝕高強度材料；渦輪葉片、熱交換器及高溫爐的耐熱材料等。而現有的涂層技術，使得高熵合金的應用得到了進一步開拓。

迄今為止,?高熵合金主要采用真空電弧爐熔煉和熔鑄等方法制備。在涂層的制備方面：葉均蔚教授采用磁控濺射制備了(AlCrNbSiTiV)N_x?and?(AlCrTaTiZr)O_x高熵合金涂層(Scripta?Materialia,?2010,?62:?105-108?和?Thin?Solid?Films,?2010,?518:?2732-2737)，但是該方法所制備的薄膜厚度僅能達到微米尺度，難以發揮高熵合金力學性能方面的優勢，且對基底材料有一定要求。裝甲兵工程學院的梁秀兵教授采用高速電弧噴涂方法在AZ91?鎂合金基體表面制備了FeCrNiCoCu?和FeCrNiCoCuB?兩種高熵合金涂層(中國表面工程，2011,?24:70-73)。東南大學的潘冶教授采用激光熔覆技術制備了FeCoNiCrAl₂Si高熵合金涂層(金屬學報，2011,?47:1075-1079)。然而有關采用等離子熔覆技術制備高熵合金涂層方面研究的文獻還甚少，申請人前期的研究工作曾采用等離子熔覆技術成功制備出了CoCrCuFeNi高熵合金涂層?(J.B.?Cheng,?X.B.?Liang,?Z.H.?Wang,?B.?S.?Xu.?Plasma?Chemistry?and?Plasma?Process,?DOI:?10.1007/s11090-013-9469-1)，?雖然涂層具有良好的耐腐蝕性能，但其平均硬度相對較低，僅為195Hv；且涂層組織中存在晶間偏析，這直接影響了涂層的質量和性能，在一定程度上限制了其工業應用。隨著現代科學技術的發展對材料提出了越來越高的要求，為了改善CoCrCuFeNi高熵合金涂層的硬度，減少晶間偏析，研發出具有優異力學性能且組織均勻的等離子熔覆高熵合金基復合涂層的研究仍然具有重大的意義。但至今為止，還未見利用等離子熔覆技術制備原位自生TiB₂-TiC-TiN三元陶瓷增強CoCrFeNiMn高熵合金涂層方面的報道。

發明內容

針對過去等離子熔覆制備CoCrCuFeNi高熵合金涂層的硬度較低且組織分布不均勻等問題，本發明的目的在于提供一種等離子熔覆原位自生TiB₂-TiC-TiN增強高熵合金涂層材料及其制備方法，利用等離子熔覆技術制備出的涂層其組織由FCC相基體和TiB₂-TiC-TiN三元陶瓷相組成，涂層的平均維氏硬度高達1104Hv。該涂層可應用于鋼結構的長效防腐和耐磨等環境，并且具有成本較低等特點。

本發明實現上述目的的技術方案是：

一種等離子熔覆原位自生TiB₂-TiC-TiN增強高熵合金涂層材料，?其特征在于：該涂層材料的成分按原子百分比計，分別為Co?17~19?%，Cr17~19?%，Fe?17~19?%，Ni?17~19?%，Mn?17~19?%，Ti?3~10?%，B₄C?0.5~2?%?和BN?1.5~3?%。

一種制備權利要求1所述的一種等離子熔覆原位自生TiB₂-TiC-TiN增強高熵合金涂層材料，其特征在于制備方法步驟如下：