[發明專利]一種耐磨抗氧化高熵合金涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010982100.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112226758B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 連勇;張津;馬旻昱
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種耐磨抗氧化高熵合金涂層及其制備方法，涂層合金成分質量百分比為：15～21％的Fe、15?21％的Co、26～35％的Cr、15～21％的Ni、11～18％的Nb、1～6％的Si、0.1～1.2％的C、1～2％的CeO₂，涂層采用預置粉末法和同軸送粉法制備。預置粉末法是根據目標涂層成分稱取Co、Cr、Fe、FeNb、FeSi粉末與FeCrC粉、CeO2粉末，混合均勻后在80～150℃干燥1～4h，將干燥的混合粉末均勻的預鋪在基體表面，厚度為0.6?1.3mm，然后利用激光將粉末熔覆在基體表面形成耐磨抗氧化高熵合金涂層。同軸送粉法是根據涂層中Co、Cr、Fe、Nb、Si、C含量先采用熔煉氣霧化方法制備合金粉末，與CeO₂粉末均勻混合后在80～150℃干燥1～4h，將干燥的粉末放入送粉筒中，采用氮氣保護送粉，利用激光將粉末熔覆在基體表面形成耐磨抗氧化高熵合金涂層。

技術領域

本發明屬于涂層制備領域，涉及一種耐磨抗氧化高熵合金涂層及其制備方法，適用于材料表面防護和零部件修補。

背景技術

在航空工業、能源動力工業、冶金工藝中，因高溫環境(如高溫磨損、高溫氧化等)發生失效的零件日益增加，具有有益的高溫性能的材料，可有效提高這些零部件的使用壽命。通過在材料表面涂一層耐高溫涂層是提高零部件性能的一項重要手段。不僅能達到工業生產中對零部件高溫性能的要求，而且能夠降低工業生產的成本與修復成本。

高熵合金是一種多主元合金，是由四種或四種以上等量或大約等量金屬形成的合金，因其特殊的合金成分，其高溫性能遠遠優異與傳統合金，但由于其合金含量較高，導致其制備成本較高，很難大面積應用，涂層制備的應用可以大大節約其成本。但以FeCoCrNi為主的面心立方的高熵合金高溫強度低，耐磨性能往往不能滿足工況要求，需引入強化相提高其耐磨性能。通過將硬質陶瓷粉末顆粒(如WC、Al₂O₃、Si₃N₄)添加到高熵合金涂層中作為強化相，來提高涂層的高溫耐磨性能是一種常見手段，但由于陶瓷粉末與金屬材料的物理性能差異較大，其界面容易成為裂紋的萌生源，導致涂層發生開裂而失效。此外，由于高熵合金粉末中不同種類的金屬元素之間存在著熔點、比熱和膨脹系數等熱物理性能的差異，在激光熔覆的過程，涂層的成形質量和表面連續性很難控制，因此制造激光熔覆專用高熵合金粉末體系及對激光熔覆的工藝控制具有非常重要的意義。

針對上述問題，本發明的目的是提供一種激光熔覆用高熵合金涂層體系，該涂層在激光熔覆過程中具有很好的流動性，從而保證了激光熔覆后容易獲得良好的涂層涂覆質量，同時，涂層中添加了一些保護性元素，可以很好的保證重要元素的燒損，利用元素之間的親和力原位生成納米陶瓷強化相提高涂層的耐磨抗氧化能力，再通過添加一些活性元素進一步降低涂層的裂紋敏感性，從而使涂層獲得硬度高、高溫耐磨損、高溫抗氧化腐蝕等多種優異性能。涂層制備工藝穩定可靠，涂層質量較好，具有較好的工程應用價值。

發明內容

為了達到上述的目的，本發明采用了以下的技術方案：

一種耐磨抗氧化高熵合金涂層，該高熵合金涂層成分質量百分比為：15～21％的Fe、15～21％的Co、26～35％的Cr、15～21％的Ni、11～18％的Nb、1～6％的Si、0.1～1.2％的C、1～2％的CeO₂。

如上所述一種耐磨抗氧化高熵合金涂層制備方法，采用預鋪粉末法制備，包括以下步驟：

1)根據目標涂層成分稱取粉末，包括Co、Cr、Fe、FeNb、FeSi粉末與FeCrC、CeO₂粉末；

2)將稱取的粉末進行均勻化混合后并在80～150℃的溫度下進行干燥1～4h，得到干燥的混合粉末；

3)將干燥的混合粉末均勻的預鋪在基體表面，厚度為0.6～1.5mm，預鋪過程中不添加任何粘接劑，然后利用激光將粉末熔覆在基體表面形成耐磨抗氧化高熵合金涂層。