[發明專利]一種銅基表面金屬間化合物強化梯度高熵合金的涂層及制備方法

有效

• 申請號: 202010975187.2
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN113564577B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 李曉峰;馮英豪;王帥;儀登豪;陳子健;謝會起;劉斌;李忠華;趙占勇;王建宏;李玉新;王宇;白培康
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明屬于表面涂層技術及高熵合金領域，尤其涉及一種銅基表面金屬間化合物強化梯度高熵合金的涂層及制備方法；所述高熵合金是由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ti元素粉末組成，由連接層、過渡層、加強層組成。制備步驟如下：(1)配制梯度高熵合金粉末CoCrFeNi/CoCrFeNiAl_xTi_y/CoCrFeNiAlTi(0x≤1，0y≤1)；(2)對基體進行預處理；(3)采用工藝參數：激光功率：3000～3500W，掃描速度：3～5mm/s，在銅表面激光熔覆制備梯度高熵合金涂層。熔覆層的相由簡單固溶體FCC、BCC相與金屬間化合物TiCo₃組成。該方法制備的金屬間化合物強化的梯度高熵合金涂層，保證熔覆層與Cu基體具有良好的界面結合，大幅度提高了熔覆層的硬度與耐磨性，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于表面涂層技術及高熵合金領域，尤其涉及一種銅基表面金屬間化合物強化梯度高熵合金的涂層及制備方法。

背景技術

銅及銅合金具有優良的導電性，導熱性耐蝕性以及良好的良好的機械加工性等特性。這些優良的特性，使其在電力、電工、軍事、機械等領域得到廣泛應用。但是銅及銅合金具有低硬度，低耐磨性，常因磨損造成銅合金零件損壞。因此銅及銅合金的耐磨性不足限制了其應用范圍。

高熵合金(HEA)自從于1995年由中國臺灣學者葉均蔚提出以后，受到了社會各界廣泛的關注。因其擁有高熵效應、晶格畸變效應，而往往易形成簡單固溶體。因而具有高強度、高硬度、高耐磨性、耐氧化、耐腐蝕性等優異的力學性能。單純的固溶體高熵合金涂層已經不能滿足人們的需要，學者們開始研究高熵合金中的金屬間化合物，其以杰出的抗磨損性能、高硬度和優良的抗腐蝕性能而為人們所知。

目前制備金屬間化合物涂層有激光熔覆、電弧噴涂、反應燒結等多種方法。而激光熔覆由于其成本低廉，工藝簡單，加熱與冷卻的速度快，等優點而被廣泛應用于。在不改變銅及銅合金所固有的各項性能的基礎上，采用表面技術可以改善或提高其工作面性能，從而延長使用壽命，提高經濟效益。

中國專利申請號201410021469.3，該申請案提出了一種銅合金表面激光梯度熔覆合金粉末的方法。使用成分為4％～6％的Al、92％～93.5％的Ni，其余為雜質的鎳基合金粉末和成分為0.9％～1.2％的C、26.5％～30.5％的Cr、0.8％～1.1％的Si、?3.4％～5.4％的W、1.0％～2.0％的Fe、1.2％～2％的Ni，其余為Co的鈷基合金粉末作為涂料，將上述粉末混合并用粘結劑分別將其調成膏狀物，在對需要進行處理的銅合金表面進行預處理后，將所得的兩種膏狀物分別涂覆在銅合金基體上，使其具有銅基體-鎳基涂層-鈷基涂層-鎳基涂層-鈷基涂層的結構，最后進行激光熔覆即可。由于Ni與Co費用較高，所以該工藝制備成本高，且工藝繁瑣復雜，涂層之間的結合強度也不夠高。

中國專利申請號201410439693.4，該申請案提出了一種在金屬基體表面制備金屬間化合物涂層的方法，包括以下步驟：(1)對基材進行高壓空氣清洗或精細噴砂處理；(2)制備噴涂用粉末；(3)噴嘴噴出，撞擊金屬基體表面，發生純塑性變形聚合形成涂層；(4)將金屬基體置于攪拌摩擦焊機上進行加工；(5)?磨削處理。該方法制備的金屬間化合物適當提高了與基體的相容性，但是整體工藝復雜繁瑣，且涂層的韌性不足，脆性較大。

因此開發出一種用于銅基體表面的金屬間化合物強化的梯度高熵合金涂層材料，在未來銅合金及銅材料的應用中不可或缺。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的缺陷與不足，提供一種用于銅基體表面的激光熔覆梯度高熵合金材料及制備方法。利用本方法制備的熔覆層，其相結構為簡單固溶體FCC相、BCC相與少量的金屬間化合物TiCo₃。不僅可以使涂層表層具有高的硬度和耐磨性，連接層具有較好的韌性，保證與基體具有良好的組織與性能的過渡。而且，金屬間化合物的生成，進一步提高了熔覆層的硬度與耐磨性。

為解決以上的技術問題，本發明提出的設計方案如下：