[發明專利]一種激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202310031064.7
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN115928066A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 景財年;李兆通;馮燕;吳忠林;楊楚;徐俊杰;李寧;劉澤姣;林濤;趙靜蕊;吳金標;祝宇航;李振威;劉娜娜;黃秋悅
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂層及其制備方法。高熵合金涂層由Al、Co、Cr、Fe、Ni元素和Nb組成，可表示為Alsubgt;0.5/subgt;CoCrFeNiNbx，x取值范圍為0?0.4；Alsubgt;0.5/subgt;CoCrFeNiNbsubgt;x/subgt;成分為：Fe：20.23%~23.37%，Co：21.43%~24.66%，Cr:18.83%~21.76，Ni:21.26%~24.56%,Al:4.89%~5.65%,余量為Nb。步驟如下：準確稱量上述各元素質量，放入混粉機充分混合，經烘干后放入同軸送粉器，然后在H13鋼表面進行激光熔覆。工藝參數：激光功率：900~1800W，激光掃描速度：5~10mm/s，光斑直徑：4mm/s，保護氣流量：10~20L/min，搭接率30%~50%，送粉速度13~15g/min。本發明能在H13鋼基材表面制備出高硬度、高耐磨性能的高熵合金涂層。

技術領域

本發明涉及一種激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂層及其制備方法，屬于材料表面強化技術領域。特別涉及一種在H13熱作模具鋼表面制備高硬度高耐磨Al_0.5CoCrFeNiNb_x高熵合金涂層。

背景技術

近年來，激光熔覆技術在表面強化及修復領域興起，激光熔覆是運用高能激光束將合金粉末熔化，在材料表面快速形成一種熔覆層。激光熔覆具有效率高、稀釋率低、熱影響區小、快冷快凝細化晶粒的特點，成為材料表面涂層制備的不二之選。

高熵合金的出現打破了傳統一元/二元合金的桎梏，高熵合金最早是由中國臺灣學者葉均蔚提出，是指至少由5種元素（最多不超過13種）等原子比或近等原子比組成的合金。由于高熵合金具有較高的結構熵，這使得合金往往形成單一的固溶體，而并非金屬間化合物；并且由于高熵合金所具備的遲滯擴散效應、雞尾酒效應、晶格畸變效應、熱穩定性，這使得高熵合金具有優良的強度、塑性、耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，常服役于模具修復、航空航天、船舶、石油化工等工業領域，具有非常廣闊的應用前景。Al_0.5CoCrFeNi型高熵合金，其具有良好的強度和塑性，Nb元素具有較大的原子半徑，加入Al_0.5CoCrFeNi高熵合金內可引起晶格畸變，并且能產生堅硬的第二相，生成共晶組織，大幅改善涂層的硬度及耐磨等性能。

高熵合金所具有的高性能是顯而易見的，但是若用其直接來制備工裝，在帶來高服役性能的同時，勢必也增加了高昂的成本；若工業領域工裝或零部件磨損后直接更換新的，也會造成大量成本的損失。

發明內容

為制備出高硬度高耐磨的高熵合金涂層，使其更好地服役于模具表面，本發明選用H13熱作模具鋼做為基材進行激光熔覆處理。

為達到上述的目的，本發明采用了以下的技術方案：

一種激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂層，高熵合金粉末由Fe、Co、Cr、Ni、Al和Nb元素組成，所得熔覆涂層表達式為Al_0.5CoCrFeNiNb_x，其中x取值范圍為0~0.4，涂層的合金質量百分比為：Fe：20.23%~23.37%，Co：21.43%~24.66%，Cr:18.83%~21.76，Ni:?21.26%~24.56%,?Al:4.89%~5.65%,?余量為Nb。

一種激光熔覆高硬度高耐磨高熵合金涂層的制備方法，按照以下步驟進行制備：選用粒徑為50~120μm且純度≥99.5%的Fe、Co、Cr、Ni、Al、Nb球形粉末，用電子天平準確稱量各元素的質量，然后置入混粉機，混粉機內部充滿氬氣，混粉機轉速70rad/min，混粉時間為5h；將混合完成后的粉末在170℃的烘箱內烘干2h；將烘干完成后的混合粉末放入同軸送粉器經同軸送粉器將混合完成的粉末吹向H13鋼表面進行熔覆處理，形成激光熔覆涂層，激光熔覆設備工藝參數為離焦量：5mm，激光功率：900~1800W，激光掃描速度：5~10mm/s，光斑直徑：4mm/s，保護氣流量：10~20L/min，搭接率30%~50%，送粉速度13~15g/min。