[發明專利]六元高熵合金粉末及激光熔覆層制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310471070.0
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN104141085A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 羅震;姚杞;談輝;段瑞
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C23C24/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明涉及多主元激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆層制備領域，更加具體地說，涉及六元高熵合金粉末及激光熔覆層制備方法和應用。

背景技術

多主元高熵合金是上世紀九十年代由我國臺灣學者葉均蔚教授提出的一種新型合金，高熵合金有別于以單一元素為主的傳統合金，它由5～13種元素組成，每種元素的摩爾分數介于5%～35%間，其性能是由多種主元共同作用決定的。此種合金設計理念的提出，打破了傳統合金單元素為主的設計思想，開啟了一個新的合金設計領域。由于高熵合金呈現出很多傳統合金不具備的優良特性，例如高硬度、高加工硬化、抗高溫軟化、耐腐蝕、耐高溫氧化等優異特性，可應用于耐高溫材料，化工、艦船耐腐蝕性材料，飛機渦輪葉片、高溫爐的耐熱材料，具有很大的應用前景。

目前，已有通過采用電沉積和磁控濺射的方法制備出高熵合金涂層，但是通過這些方法得到的涂層太薄，不能滿足重載應用場合。激光熔覆具有高的加熱和冷卻速率，涂層與基體為冶金結合，結合強度高，涂層厚度最高可達幾毫米。此外，激光熔覆的快速凝固特點能夠使合金組織細化，從而獲得較高的硬度和耐磨性能。但目前關于激光熔覆高熵合金涂層的研究較少，還處于起步階段。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種高熵合金粉末材料及熔覆層制備方法，獲得成形良好的熔覆層，提高材料硬度和耐磨性。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

六元高熵合金粉末，由Fe、Ni、Cr、Al、Si和Cu元素粉末組成，即合金粉末組成表示為FeNiCrAlSiCu，具體來說，所述Fe、Ni、Cr、Al、Si和Cu之間為等摩爾比，即六種金屬元素使用的摩爾數一致。

在進行制備時，首先按照各自元素的摩爾比進行配比計算，準確稱量各個組分的質量后將其進行充分混合以均勻即可，例如采用電子稱稱取各種元素的粉末，在研缽中研磨半小時使其混合均勻。其中選用各個組分均為純度大于等于99％的粉末，粒徑為100—500目，優選200—300目。

利用本發明的合金粉末應用到激光熔覆焊接中，將六元高熵合金粉末和乙醇混合后，均勻涂覆在基體材料表面，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層。

其中所述乙醇選用分析純的無水乙醇，在六元高熵合金粉末和乙醇混合物中，按照質量百分數由92～95%的合金粉末與5～8%的乙醇組成。

在混合后，形成糊狀或膏狀，以便于在基體材料表面繼續涂覆，經涂覆后在基體材料表面形成預制層，所述預制層厚度為1—2mm。

在進行激光熔覆時，選用基體材料為42CrMo鋼，工藝參數為：激光功率為1550～1650KW，光斑直徑為0.8～1.0mm，掃描速度為150～200mm/min，離焦量為0mm，保護氣體采用氬氣或氦氣，氣體流量為20～25L/min；優選激光功率為1580～1620KW，光斑直徑為0.8～1.0mm，掃描速度為180～200mm/min，離焦量為0mm，保護氣體采用氬氣，氣體流量為22～25L/min。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

（1）本發明合金粉末中，除去基本元素鐵之外充分發揮各個元素的最大性能，Ni主要用于提高材料潤濕性并改善熔覆層性能，Cr主要通過固溶強化提高熔覆層硬度以及用于提高熔覆層耐蝕性，Al主要提高熔覆層的抗高溫氧化性能，并通過固溶強化作用和增大晶界滑移阻力來提高熔覆層硬度。此外，由于鋁表面極易氧化形成致密的氧化膜，在合金中添加Al還可以提高熔覆層的耐蝕性，Si主要用于脫氧，Cu主要用于提高熔覆層耐磨性。

（2）本發明提供了一種由金屬元素和非金屬元素共同組成的高熵合金粉末，提高了粉末的自熔性。

（3）本發明制備了成形良好、硬度較高、耐磨性較好的熔覆層，性能較基材有了明顯改善。

附圖說明

圖1為FeNiCrAlSiCu熔覆層宏觀形貌。

圖2為FeNiCrAlSiCu熔覆層全貌。

圖3為FeNiCrAlSiCu熔覆層金相組織。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。各個金屬元素來源如下表所示：