[發(fā)明專利]一種超聲波輔助等離子熱噴涂制備高熵合金涂層的方法

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• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108977751A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧金斌;劉威;殷振;吳永忠;曹自洋;朱其新;汪幫富;蔣全勝;馮杰;張旺璽
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/08;C22C30/00
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本發(fā)明公開了一種超聲波輔助等離子熱噴涂制備高熵合金涂層的方法，在刀具表面采用等離子熱噴涂一定比例Al、Co、Mo、Ni、Ti、Zr的混合粉末，由于組成元素為近等摩爾的五元以上組元組成，在熱噴涂過程中可實現(xiàn)混合，同時在沉積時超聲波輔助振動有利于合金元素的均勻混合，最后形成AlCoMoNiTiZr高熵合金涂層，該涂層具有高硬度和高的熱穩(wěn)定，可實現(xiàn)刀具的高效加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高能束表面處理領(lǐng)域，特別涉及刀具表面熱噴涂制備耐高溫復(fù)合涂層的方法。

背景技術(shù)

高速鋼、高碳鋼具有較好的成形性能和成本低的優(yōu)勢，獲得了廣泛的應(yīng)用，但其耐磨性和高溫性能差使此類刀具受到一定的限制，通過提高其表面性能能夠獲得較好的耐磨性和高溫性能。高熵合金是由五種以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化的合金，具有一些傳統(tǒng)合金所無法比擬的優(yōu)異機(jī)械性能，如高耐磨、耐腐蝕性、高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高溫性能等，從而使其成為制作涂層的選擇之一。采用等離子噴涂是將粉末材料送入等離子弧中，使粉末顆粒在其中加速、熔化并混合后，利用沖擊力的作用在基底上鋪展并凝固形成層片，進(jìn)而通過層片疊層形成涂層的一類加工工藝。它具有生產(chǎn)效率高、制備的涂層質(zhì)量好、噴涂的材料范圍廣、成本低等優(yōu)點。為提高刀具的耐高溫性能，通過選擇難熔合金制作高熵合金涂層有利于提高高速鋼或高碳鋼刀具的高溫性能，其固有的高熵效應(yīng)有利于避免難熔合金形成金屬間化合物，在刀具的小表面形成一薄層高熵合金，熱應(yīng)力較小，由于采用難熔合金的單質(zhì)金屬粉較難混合均勻，因此通過超聲波輔助振動，使難熔合金中的元素達(dá)到原子級的均勻，同時降低晶粒度。采用熱噴涂在刀具表面制備耐磨涂層，具有工藝簡單、不破壞刀具原先的表面組織、對刀具尺寸影響小的特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是針對現(xiàn)有高速鋼或高碳鋼刀具表面硬度和耐磨性不足的缺陷，提供一種合理、成熟的制備表面涂層的工藝，在刀具表面制得一種高耐磨、高硬度和韌性的涂層。

本發(fā)明所述的超聲波輔助等離子熱噴涂制備高熵合金涂層的制備工藝是：

步驟一、將一定比例Al、Co、Mo、Ni、Ti、Zr單質(zhì)金屬粉末，按比例用球磨機(jī)進(jìn)行球磨混合，形成混合粉末，其中Al、Co、Mo、Ni、Ti、Zr單質(zhì)金屬粉末的純度為99.9%~100%，Al、Co、Ni、Ti粒度在40-80μm，Mo、Zr的粒度在10-30μm，混合比例按以下重量比組成：Al為10~12%、Co為15~19%、Mo為15~19%、Ni為19~25%、Ti為12~18%、Zr為15~18%。采用鋼制球磨罐進(jìn)行金屬粉的球磨混合，其中磨球與金屬粉質(zhì)量比為2.6-3.1∶1，密封后打開真空閥抽真空25-35分鐘，將球磨罐放入行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為 260-300 r/min，倒向頻率 30-45 Hz，進(jìn)行球磨混料時間為60-80分鐘。

步驟二、選取將要強(qiáng)化的刀具表面，對其清除油污，然后噴砂毛化處理，達(dá)到表面粗糙度均勻，無反光，最后對刀具表面進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在250~300℃，刀具材料為高碳鋼或高速鋼。

步驟三、采用熱噴涂的方式對刀具表面預(yù)噴涂Ni-Al粘結(jié)層，粘結(jié)層厚度控制在10-25μm，其中Ni-Al合金粉末的粒度為20-30μm，含Al的質(zhì)量為8~20%，其余為Ni。

步驟四、采用等離子噴涂設(shè)備對刀具表面將混合粉末進(jìn)行熱噴涂，冷卻后即為刀具涂層。噴涂工藝參數(shù)為：噴涂槍距刀具距離：90-120mm，工作電流：500-700A，工作電壓：50-70V，氬氣速度：30-50 L/min，H₂速度：5-10 L/min，送粉量：38~70g/min，冷卻氣壓：0.3-0.5MPa，噴涂槍移動速度：30-80mm/s。另外，在刀具基體上安置超聲波換能器；在等離子熱噴涂時，超聲波換能器啟動，刀具隨超聲波換能器一起振動，進(jìn)行超聲波振動輔助熱噴涂涂層，直到熱噴涂完成。其中，超聲波換能器連接有超聲波發(fā)生器，超聲波換能器的輸出功率為0.2-2kW，超聲波換能器工作頻率為20-100kHz，超聲波換能器輸出振幅為10-35μm。