[發明專利]一種用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法

有效

• 申請號: 202011052429.7
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112030161B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉洪喜;劉徑舟;郝軒弘;邸英南;藺健全
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發明公開一種用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法，屬于激光熔覆領域。所述合金粉末為CoCrFeMnNiC_x，x取值0.1～0.15。具體方法為：對45鋼基材進行表面預處理，將稱量好的CoCrFeMnNi高熵合金粉末與不同含量納米C粉末混合均勻后預置在預處理基體表面形成預制層，然后置于80～90℃下恒溫處理8～12h。在保護氣氛下，將熔覆粉末在45鋼表面進行激光熔覆。本發明所述方法制備出性能優于CoCrFeMnNi高熵合金涂層的CoCrFeMnNiC_x高熵合金涂層，涂層與基體可以達到良好的冶金結合，涂層具有良好的宏觀形貌與較高的硬度，可用于高溫、耐磨、耐腐蝕等復雜工作情況。

技術領域

本發明涉及一種用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法，屬于激光表面改性領域。

背景技術

45鋼是廣泛應用于機械制造中各種重要的結構零件，特別是在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等常用零件，經調制處理后具有良好的綜合力學性能。但隨著現代化生產工藝對一些主要零件性能的要求日益提高，45鋼表面的硬度、耐磨性以及抗腐蝕能力已遠遠不能滿足其需求。

高熵合金即含有多種主要元素的合金，合金元素數目n≥5。與傳統合金以一種或兩種元素為主要組元不同，高熵合金則是將多種元素以等摩爾或者近等摩爾混合在一起得到的新型合金，其中每種元素的含量遠大于5％且不高于35％；由于高熵效應，高熵合金具備一系列優異的性能，如：高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高電阻率等。具有單一面心立方(fcc)相結構的等原子CoCrFeMnNi高熵合金的良好性能包括應變硬化，即使在低溫條件下也會導致非常高的拉伸伸長和異常的斷裂韌性，但CoCrFeMnNi高熵合金材料在硬度強度等方面仍存在一定的局限性，不能滿足日趨復雜嚴苛的工作環境。

激光束功率密度高，熔池冷卻速度快，可獲得非平衡凝固組織；熱輸入小，基材熱影響區小；自動化程度高，可實現三維自化加工和復雜曲面加工；界面冶金結合，結合強度高；熔池溫度高，可加工高熔點材料；熔覆層的厚度范圍大。單次涂覆厚度可在0.2～2.0mm靈活調整；能進行選區熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能價格比。所以本發明采用激光熔覆方法，在45鋼表面熔覆CoCrFeMnNiC_x高熵合金材料涂層。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于激光熔覆的高熵合金粉末，所述合金粉末為CoCrFeMnNiC_x，x取值0.1～0.15。

本發明的另一目的在于提供所述高熵合金粉末用于制備激光熔覆涂層的方法，具體包括以下步驟：

(1)對45鋼基材進行表面預處理：打磨，清洗，干燥后備用；

(2)按比例稱量等原子比的CoCrFeMnNi高熵合金粉末與納米C粉末，稱量完畢后進行機械混合；

(3)將混合好的粉末與無水乙醇混合調制成糊狀，使用模具將其粘接在鋼基體預定位置得到預制涂層，然后進行干燥，在保護氣氛下，將熔覆粉末在45鋼表面進行激光熔覆。

優選的，本發明步驟(2)中CoCrFeMnNi高熵合金粉末的平均粒度小于25μm，粉末純度不小于99.9％；納米C粉的平均粒度為30nm～50nm，純度不小于99.99％。

優選的，本發明步驟(3)中干燥條件為：預制涂層厚度為0.2mm～2mm，于80～90℃下恒溫處理8～12h。

優選的，本發明步驟(3)激光熔覆是通過CO₂激光器進行的，具體條件為：激光功率為3.7～4.2kW，掃描速度為200～450mm/min，光斑直徑為3.0～4.0mm，保護氣體為氮氣、氬氣或二者混合氣體，氣體流量為15～35L/min，保護氣氛的氣壓為0.80MPa～1.20MPa。