[發明專利]一種高熵合金粉末和高硬度高熵合金涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201610878189.3
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN106319513B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 張楠楠;林丹陽;張悅;李德元;何彬;金冰倩
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種高熵合金粉末和高硬度高熵合金涂層的制備方法，通過在常規的FeNiAlCrCo合金中加入B元素，該高熵合金粉末制備的高熵合金涂層晶粒直徑大大減小，從而使高熵合金涂層具備非常好的硬度，并在對B元素的加入量進一步分析后得到最佳的B元素加入量。

技術領域

本發明涉及合金材料領域，特別地，涉及一種高熵合金粉末和高硬度高熵合金涂層的制備方法。

背景技術

1995年，中國 臺灣學者葉均蔚首先提出了高熵合金這一概念。高熵合金通常是由5種或5種以上元素構成，并且每種元素含量都不低于5％，但也不會超過35％，各組成元素間相互作用，通過多種主元的集體領導來表現其特色。為充分發揮合金系統中高混亂度的效應，并與傳統合金相區別，通常定義高熵合金的主元數目n≥5。以此類推，可將以單一元素為主元的傳統合金歸類于低熵合金的范疇，而中熵合金則介于兩者之間，此范疇所含組元數目通常為2-4。

高熵合金具有眾多特點：高強度與硬度、良好的耐磨性、優異的耐熱和腐蝕性能、以及具有一定的磁學性能。

由于高熵合金具有較好的綜合性能，但是一般在設計過程中含有很多貴重金屬元素，如Co，V等，所以直接使用塊體材料成本較高，而激光熔覆可以在低成本金屬材料表面涂覆上高性能的高熵合金涂層，這將具有良好的應用前景。但是激光熔覆制備高熵合金涂層與真空電弧熔煉法制備高熵合金不同，由于高熵合金粉末中不同種類的金屬元素之間及其與基體材料之間密度、熔點、比熱和膨脹系數等熱物理性能存在較大差異，直接用于激光熔覆一方面難以得到成分均勻的涂層，涂層的成形質量和表面連續性無法滿足生產使用要求，另一方面激光熔覆過程中各個元素會有燒損，實際得到的合金涂層并不一定是名義上的高熵合金范疇。由此可見，對于激光熔覆專用的高熵合金粉末設計有較高的要求。但因其具備多種優異性能，所以制造激光熔覆專用高熵合金粉末及對激光熔覆的工藝控制具有非常大的意義。

公開號為CN102828139A的專利文獻公開了一種噴涂用高熵合金粉末，其采用在高熵合金粉末中添加Si、B元素以提高其自熔性和噴涂效果，但是 FeCrNiCoCu粉末激光熔覆實驗時，其表面成形質量不佳，改變激光熔覆工藝參數亦改善不了其成形質量。

公開號為CN103290404A的專利文獻公開了一種激光熔覆用高熵合金粉末和高熵合金涂層的制備方法，其采用在高熵合金粉末中添加了10％～15％的Fe，14～ 17％的Cr，22％～25％的Ni，22％～24％的Co，22％～24％的Mn，0％～4％的Si，0％～ 4％的B，制備的涂層性能具有硬度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的特點，但是單純從硬度來考量，仍無法達到特殊行業應用的要求，故有必要進一步研究提高其硬度。

發明內容

本發明目的在于提供一種高熵合金粉末和高硬度高熵合金涂層的制備方法，以解決技術問題。

一種高熵合金粉末，包括以下主要成分：Fe、Ni、Al、Cr、Co、B。

優選的，所述的Fe、Ni、Al、Cr、Co元素粉末為等摩爾混合，B元素粉末加入的摩爾量為其它元素的20-80％，即合金的表達式為FeNiAlCrCoBx， x＝0.2-0.8。

進一步優選的，所述的B元素粉末加入的摩爾量為其它元素的75％，即合金的表達式為FeNiAlCrCoBx，x＝0.75。

一種高硬度高熵合金涂層的制備方法，包括以下步驟：將純度高于99.9％的Fe、Ni、Al、Cr、Co、B元素粉末混合，使用行星式球磨儀在室溫下進行球磨，將球磨后的粉末預置在基體上，預置厚度為1.5mm，預置涂層烘干后在二氧化碳高功率激光器進行多道熔覆，所用的激光功率為500W，掃描速度為3mm/s，光斑直徑為4mm，熔覆時用惰性氣體氬氣保護。

優選的，所述的球磨儀球磨時間為8h，球料比(質量比)為10∶1，球磨轉數為200r/min。