[發明專利]一種激光熔敷用TiC增強新型AlFeCrCoNiTi合金基復合材料涂層及制備方法

在審

• 申請號: 201710268097.8
• 申請日: 2017-04-22
• 公開（公告）號: CN107142475A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 初雅杰;韓昕宸;楊少峰;楊宗輝
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00;C22C32/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明涉及復合材料合金涂層技術領域，具體涉及一種激光熔敷用TiC增強新型AlFeCrCoNiTi合金基復合材料涂層及制備方法。

背景技術

傳統合金設計理念是以某一種單一的主元素為基體，然后添加其它多種元素形成合金體系。但是添加的元素種類有限，一般認為添加元素過多會容易形成脆性金屬間化合物，引起材料脆性破壞。Yeh于2004年首次報道了多組元高熵合金新材料的設計思想,指出高熵合金的組元可由5種或5種以上元素以等摩爾比或近等摩爾比進行配置。由于該類型合金系統的混合熵極高，在凝固過程中可以抑制傳統多元合金中脆性金屬間化合物的析出。凝固后往往形成簡單的體心或面心結構的固溶體，可大大降低多元合金體系的脆性，致使該類合金可具有高硬度、高的熱穩定性、高耐腐蝕性、特殊電和磁性能等。

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，但是由于此類技術一般只能制備塊狀合金，并且凝固速率通常也不高。高熵合金一般含有較貴重的金屬，成本昂貴，塊狀合金的使用會造成材料的浪費。有部分研究學者采用電化學沉積和磁控濺射制備高熵合金薄膜的方法，但這些方法所制備的薄膜厚度僅能達到微米尺度，難以發揮該類型合金在力學性能方面的優勢。近期研究發現快速凝固可以在該類合金中獲得單一的固溶體(FCC或BCC)。

激光熔覆具有快速加熱和快速凝固特點，制備的涂層厚度可達到毫米級，因此可以作為理想的熔敷手段，具有良好的應用前景。但是激光熔敷過程中會發生熔體對流等現象，造成成分不均勻，且有一定的元素燒損。另外，由于高熵合金系統的元素之間以及元素與基體之間的物理性能可能存在較大差異，如密度、熱膨脹系數、熔點等，在熔敷過程中較難獲得均勻的合金涂層，涂層的成型以及表面連續性也很難保證，無法直接用于實際生產。王艷平等采用電弧熔鑄方法制備了內生TiC顆粒增強合金基復合材料，TiC成顆粒狀均勻分布在基體上，獲得了力學性能較高的高熵合金體。目前，還沒有將合金基復合材料用于制備涂層，該發明專利將自行設計的合金基復合材料用于Q235鋼表面，提高表面的硬度和耐磨性能，并獲得了較連續的涂層表面。

設計一種適合于激光熔敷的合金基復合材料涂層至關重要，該涂層必須具備良好的成型能力、抗氧化能力和表面連續性，且必須具備耐高溫、耐腐蝕和高硬度等優異性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有激光熔敷合金涂層的不足，以及激光熔敷技術中存在的工藝缺陷，提供了一種激光熔敷用TiC增強合金基復合材料以及激光熔敷工藝，可以在Q235鋼表面獲得耐高溫、耐腐蝕和高硬度的成型良好的涂層。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

一種激光熔敷用TiC增強新型AlFeCrCoNiTi合金基復合材料涂層，復合材料涂層的組成為，以質量計包括Al：4-6％，Fe：18-22％，Cr：16-19％，Co：16-20％，Ni：19-21％，Ti：6-10％，另外還含有TiC，TiC占總材料的體積比為3-7％。

本專利發明的合金基復合材料，是以合金粉末作為基體相，同時添加TiC粉末作為增強相，TiC偏聚在固溶體晶界處，產生陶瓷相增強，同時對FCC或BCC固溶體晶格有擠壓作用，使其發生晶格畸變，提高了涂層的硬度。

本發明的合金粉末主要由Al、Fe、Cr、Co、Ni、Ti六種元素組成，按照等摩爾比或近等摩爾比進行配置，添加TiC粉末作為增強相，體積占比為3-7％。由于激光熔敷過程中會出現輕微元素燒損，因此按照以往的比例原則進行元素配比，會出現實際成分含量超出高熵的范疇。本發明專利設計的合金基復合材料涂層配比正是考慮到激光熔覆過程中基體對涂層的稀釋以及各元素的燒損，通過調整個別元素的含量，保證在激光熔敷后得到的復合材料涂層比例依然在名義高熵合金范疇，可以發揮高熵合金所具備的耐腐蝕、耐高溫和高硬度的優點。

Fe、Co、Cr的原子半徑非常接近，在范圍內。Al的原子半徑為由于Al原子半徑偏大，會引起晶格畸變，TiC的添加進一步擠壓晶格，加強了固溶強化作用，提高了涂層的力學性能。

本發明的激光熔敷用TiC增強新型AlFeCrCoNiTi合金基復合材料涂層的制備方法為：