專利名稱：一種噴涂用高熵合金粉末的制作方法
技術領域：
本發明涉及合金材料技術領域，具體涉及ー種適用于熱噴涂、激光熔覆等表面涂層技術的噴涂用高熵合金粉體。
背景技術：
傳統的合金設計理念大多是已單ー主元為基體的合金體系，當其它組元種類和含量添加過多，則會導致多種脆性金屬間化合物生成，降低材料韌性，使材料失去應用價值。2004年，中國臺灣發明專利第193729號披露了ー種新型高熵合金塊體材料，其合金成分范圍為含有5至11種主要金屬元素，且每ー種主要金屬元素的摩爾數與該合金的總摩爾數比介于5%至35%之間。多主元高熵合金借助其特有的高熵效應，緩慢擴散效應，納米相強化及超高晶格畸變等特點，可有效避免傳統多元合金脆性相的析出，多形成簡單的FCC和BCC固溶體相結構，從而有利于保持合金的高韌性，并可以賦予材料高的硬度、耐高溫、耐磨損、 耐腐蝕等多種優異性能。2007年之后，國內陸續出現了與高熵合金相關的研究報道和專利申請。已有的公開專利，公開號CN 101418394A提出了一種高熵合金與硬質陶瓷相混合制備超硬復合材料技術，材料硬度可達到800 2400 HV。公開號CN 101386928提出了一種含難混溶金屬元素的高熵合金制備方法，解決了高熵合金制備過程中不存在固溶區的合金元素固溶問題，進一步擴展了高熵合金的成分選擇范圍。以上專利的研究均顯示高熵合金具有良好的性能和應有前景。但是在實際應用中，由于該類合金制備通常需要較高的凝固速度，且成分多數含有資源稀缺的Ni、Co等貴金屬，制備塊體材料成本高，尺寸小。相對而言,采用熱噴涂和激光熔覆等快速凝固表面技術在低成本金屬材料表面涂覆高性能高熵合金涂層具有良好的應用前景。但由于高熵合金粉末中不同種類的金屬元素之間及其與基體材料之間密度、熔點、比熱和膨脹系數等熱物理性能存在較大差異，直接用于激光熔覆、熱噴涂等表面技術難以得到成分均勻的涂層，涂層的成型質量和表面連續性無法滿足生產使用要求。因此，制造適用于熱噴涂、激光熔覆等表面涂層技術的噴涂用高熵合金粉體是高性能高熵合金涂層制備的急需。

發明內容
本發明的目的是將非金屬元素Si、B與純金屬組成的高熵合金復合，提供ー種含非金屬Si、B元素的噴涂用高熵合金粉體材料，該粉體應用于熱噴涂和激光熔覆等表面改性技術時不僅可保持高熵合金特有的簡單固溶體凝固相結構，而且可獲得良好的涂層涂覆質量。為了實現以上技術目的，本發明是通過以下技術方案予以實現的。—種噴涂用高熵合金粉末，該高熵合金粉末成分由5種或5種以上金屬兀素和非金屬Si、B兀素組成；所述的姆種金屬兀素添加含量占高熵合金粉末總摩爾數的5 35mol%，添加的非金屬Si元素含量占高熵合金總摩爾數的I 20 mol%，添加的非金屬B元素含量占高熵合金總摩爾數的I 10 mol%。進ー步的，所述組成高熵合金粉末的金屬元素有6種，分別是Ni、Co、Fe、Cr、Al、Cu，其中Ni、Co、Fe、Cr、Al添加含量均為15 mol%, Cu為7. 5 mol% ;所述組成高熵合金粉末的的非金屬Si兀素含量占高熵合金粉末總摩爾數的15 mol%,非金屬B兀素含量占高熵合金粉末總摩爾數的2. 5 mol%。本專利提出的一種噴涂用高熵合金粉末可根據材料使用性能要求，在很寬范圍內任意進行合金主元配置，涂層性能由粉末的成分所設計，并解決了現有高熵合金材料由純金屬配置，難以應用于涂層制備的限制。通過5種或5種以上近等摩爾比配制的金屬合金粉末中聯合添加一定量的Si、B非金屬元素，提高了粉末的自熔性和噴涂效果，可應用于熱噴涂、激光熔覆等多種表面涂層技木。



圖I為本發明CuCoNiCrFe高熵合金單道涂層表面形貌圖。其中(a)為未填加Si、B等元素的CuCoNiCrFe涂層表面形貌圖；(b)為添加少量Si、B等元素后CuCoNiCrFe涂層表面形貌圖。圖2為本發明NiC0FeCrSiAlCua5高熵合金多道涂層表面形貌圖。圖3為本發明四種成分高熵合金涂層的相結構圖。
具體實施例方式按成分設計的要求制備5種以上元素組成的高熵合金粉末，再添加所需分數的Si、B等元素。粉末的制造技術即可采用純金屬粉末或合金粉末配置，也可先冶煉成合金、再采用機械法、水霧化和氣霧化法制備成合金粉末。粉體制備后為多角形或球形。采用高功率CO2激光器同步式送粉或預置式送粉方式，在待處理的基體材料表面進行單道次或多道次大面積涂層熔覆，并同時對激光熔覆處理區域進行同步的惰性氣體保護。以下結合實施例詳述本發明，但本發明不局限于下述實施例。實施例I
CuCoNiCrFe高熵合金涂層制備
按摩爾百分比制備CuCoNiCrFe的高熵合金粉末，采用純金屬元素粉末配置，5種主要元素的添加含量均為19. 6%，并添加B: 1%、Si : 1%。所配置的元素經均勻混合后在CO2高功率激光器輻照下采用同步送粉方式單道次熔覆在Q235基體材料表面，所用的激光功率為2. O kW，掃描速度為100 mm/min，熔覆時用惰性氣體保護。實施例2
NiCoFeCrAl2高熵合金涂層制備
按摩爾百分比制備NiCoFeCrAl2高熵合金粉末，采用純金屬元素粉末配置，其中Ni、Co、Fe、Cr添加含量均為16%，Al添加含量為32%，B和Si添加含量分別為2%。所配置的元素經均勻混合后在CO2高功率激光器輻照下采用同步送粉方式多道次熔覆在Q235基體材料表面，所用的激光功率為3.5 kW，掃描速度為500 mm/min，熔覆時用惰性氣體保護。實施例3
NiCoFeCrSiAlCug 5高熵合金涂層制備按摩爾百分比制備NiCoFeCrSiAlCua5高熵合金粉末，其中Ni、Co、Fe、Cr、Si、Al添加含量均為15%，Cu為7. 5%，并添加B: 2. 5%，先經真空電弧爐熔煉成塊體合金后，采用機械研磨法制備成所需粉末。在CO2高功率激光器輻照下采用同步送粉方式多道次熔覆在Q235基體材料表面，所用的激光功率為5 kW，掃描速度為250 mm/min，道次搭接率30%，熔覆時用惰性氣體保護。實施例4 NiCoFeCrCuTiSiAlMoB0 5高熵合金涂層制備
按摩爾百分比制備NiCoFeCrCuTiSiAlMoB。.5高熵合金，采用純金屬元素配置，其中Ni、Co、Fe、Cr、Cu、Ti、Si、Al、Mo添加含量均為10. 5%，B添加量為5. 5%，采用氣霧法制備成合金粉末。隨后在CO2高功率激光器輻照下采用同步送粉方式多道次熔覆在Q235基體材料表面，所用的激光功率為2 kW，掃描速度為500 mm/min，熔覆時用惰性氣體保護。 以下結合附圖和附表對本發明做進ー步的說明。圖I是實施例I添加少量Si、B等元素后CuCoNiCrFe涂層的單道熔覆層表面形貌與未添加Si、B等元素相應熔覆層表面形貌對比圖，可以看出圖1(a)中未填加Si、B等元素的CuCoNiCrFe涂層表面形貌為斷續狀，不能連續成型和エ業化應用，而圖I (b)添加少量Si、B等合金元素后，具有連續、光滑的表面形貌。激光熔覆高熵合金涂層在エ業上的應用更重要的是成功制備多道次涂層，從而滿足基體表面大面積熔覆和改性的需求。圖2是實施例2激光熔覆NiC0FeCrSiAlCua5高熵合金涂層多道次涂層熔覆后的形貌特征，可以看出涂層經多道次激光掃描后可以形成連續的大面積高熵合金涂層，且涂層仍然保持了良好的表面形貌。本發明的研究結果為激光熔覆高熵合金涂層未來的エ業實際應用提供了較好的エ藝解決方案。圖3是以上四個實施例所制備的四種成分高熵合金涂層的相結構X射線衍射分析，可以看出四種成分的涂層激光熔覆快速凝固后均未出現復雜的金屬間化合物析出相，涂層主要相結構具有高熵合金典型的簡單fee或bcc凝固相結構。其中，CuCoNiCrFe涂層為 fee 結構，NiCoFeCrAl2 和 NiCoFeCrCuTiSiAlMoB。. 5 涂層為 bcc 結構，而 NiCoFeCrSiAlCu。. 5涂層為bcc和fee兩相結構。表I是上述四種成分高熵合金涂層的硬度比較，其中，CuCoNiCrFe涂層硬度為 370 HV，NiCoFeCrAl2 涂層硬度 780 HV, NiCoFeCrSiAlCu。.5 涂層硬度為 950 HV,NiCoFeCrCuTiSiAlMoBa5涂層硬度為1150 HV。而已商業化鎳基Ni60自熔性合金粉末(Ni60成分為C O. 9,Fe 4.2、Si 4. UCr 16. 3、B: 3,Ni余量)所制備的涂層硬度一般僅為500HV左右。可以看出部分高熵合金涂層具有極高的硬度值。表I本發明四種成分高熵合金涂層的顯微硬度
權利要求
1.一種噴涂用高熵合金粉末，其特征在干，該高熵合金粉末成分由5種或5種以上金屬元素和非金屬Si、B元素組成；所述的每種金屬元素添加含量占高熵合金粉末總摩爾數的·5 35 mol%,添加的非金屬Si兀素含量占高熵合金粉末總摩爾數的I 20 mol%,添加的非金屬B元素含量占高熵合金粉末總摩爾數的I 10 mol%。
2.如權利要求I所述的ー種噴涂用高熵合金粉末，其特征在于，所述組成高熵合金粉末的金屬元素有6種，分別是Ni、Co、Fe、Cr、Al、Cu，其中Ni、Co、Fe、Cr、Al添加含量均為·15 mol%, Cu為7. 5 mol% ;所述組成高熵合金粉末的的非金屬Si元素含量占高熵合金粉末總摩爾數的15 mol%，非金屬B元素含量占高熵合金粉末總摩爾數的2. 5 mol%。
全文摘要
本發明公開了一種噴涂用高熵合金粉末，屬于合金材料技術領域。該高熵合金粉末成分由5種或5種以上金屬元素和非金屬Si、B元素組成；所述的每種金屬元素添加含量占高熵合金粉末總摩爾數的5～35mol%，添加的非金屬Si元素含量占高熵合金總摩爾數的1～20mol%，添加的非金屬B元素含量占高熵合金總摩爾數的1～10mol%。本發明高熵合金粉末及其所制備的涂層凝固后能避免傳統多元合金凝固后大量脆性相的析出，涂層具有簡單的fcc或bcc固溶體相結構，可大大降低多元合金的脆性，具有高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等多種優異性能，可應用于熱噴涂、激光熔覆等多種表面涂層技術，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C23C4/06GK102828139SQ201210365698
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者張暉, 何宜柱 申請人:安徽工業大學