專利名稱：一種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法
技術領域：
本發明涉及多主元高熵合金材料領域，具體涉及一種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法，屬于涂層技術領域。
背景技術：
傳統合金的設計沒有脫離以I種或者2種元素作為主要組元，再通過添加其他元素來改進合金組織性能的方法。人類依此觀念配制了不同合金，如不銹鋼、鋁合金、T1-Al 二元基金屬間化合物以及近些年興起的非晶合金。另外，傳統合金的發展經驗告訴我們，雖然可以通過添加特定的少量合金元素來改善合金性能，但合金元素種類過多會導致很多化合物尤其是脆性金屬間化合物的出現，從而導致合金性能的惡化，如變脆，此外，也給材料的組織和成分分析帶來很大困難。多主元高熵合金是一種全新的合金設計理念，在多主元高熵合金中，其組元數定義在5 13之間，每種組元的原子百分含量在59Γ35%之間。也就是說該種合金是由多種元素集體領導而表現其特色的。對合金的研究表明，因為合金中的金屬元素多，原子排布的混亂度大，高混合熵效應促進了元素間的混合，使得合金相組成趨于簡單的體心立方或者面心立方結構，或者二者的混合結構，并且抑制脆性的金屬間化合物的形成。高熵合金具有十分優異的力學性能，例如具有高硬度、抗高溫軟化、耐高溫氧化、耐腐蝕和高電阻率等特性，具有應用廣泛，應用潛力多元化的優勢。目前高熵合金的制備方法 主要采用真空電弧爐熔鑄法，本發明提供了一種全新的制備高熵合金的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種采用等離子熔覆技術制備高熵合金涂層的方法，獲得性能優異的高熵合金涂層。為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案。—種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟a)基材前處理，基材優選用低碳鋼，基材前處理包括去除氧化物和表面清洗；其中，去除氧化物采用車削、打磨等機械方法，直至露出金屬光澤；表面清洗可以用金屬洗凈劑、氫氧化納等熱堿液以及汽油、丙酮等有機溶劑進行清洗。b)準備原料，高熵合金的成分為Cr 5-35at. % ；Co :5_35at. % ；Fe :5_35at. % ；Mn 5-35at. % ；Ni 5-35at. % ；Cu :5_35at. %，原料選取相應元素的金屬粉末，然后在合金粉末中加入適量的造渣劑，造渣劑加入量為金屬粉末的5-15wt.% ;造渣劑的組成為金紅石50-100wt. % ;螢石0-25wt. % ;云母0-25wt. %。c)混粉，將步驟b)中的原料混合均勻，優選采用VH-5型V型混料機混粉，轉速設定為20-30r/min,混粉時間為l_2h,以保證混合完全均勻；d)制備高熵合金涂層，采用等離子噴焊設備制備涂層的工藝參數為非轉移弧電壓18-21V ;非轉移弧電流58-63A ;轉移弧電壓29_32V ;轉移弧電流100_130A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ;離子氣200-350L/h ;送粉氣300-600L/h ;保護氣360-450L/h ;噴焊速度25-30mm/min ;焊槍擺幅15_25mm ;噴距10_15mm。本發明優選造渣劑的組包括金紅石、螢石和云母三種物質。步驟b)中所用原料的純度要求在99%以上，顆粒度在80目-300目之間。本發明優選，所述的步驟d)中，所述離子氣、保護氣、送粉氣均為氬氣。為了減少基材對高熵合金涂層的影響，采用相同的工藝參數，重復熔覆過程，使熔覆層達到4層以上，涂層厚度達到8-10mm，以避免基材對涂層的影響。本發明最主要的特點是造渣劑的加入，由于液態高熵合金的表面張力過大，與基材的潤濕角角很大，無法很好的在基材表面發生聯生結晶，成型不佳。造渣劑可以降低液態熔滴的表面張力，并且熔覆結束后會在熔覆層表面形成渣殼，不在熔覆層中殘留。造渣劑即改善了成型，又不影響涂層成分。本發明揭示了一種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法，該方法工序安排合理，實施簡便，成本適中，具有可推廣價值。制備的涂層與基材的結合強度高，表面質量優異，綜合力學性能穩定，持久耐用。
圖1是本發明實施例中等離子熔覆高熵合金制備方法的工序步驟圖；圖2是實施例2中CrCoCuFeMnNi高熵合金涂層金相照片；(a)金相低倍照片 (b)金相高倍照片圖3是實施例2中CrCoCuFeMnNi高熵合金涂層XRD圖譜；圖4是實施例2中CrCoCuFeMnNi高熵合金涂層SEM照片；(a) SEM 低倍 (b) SEM 高倍。
具體實施例方式下面結合附圖1對本發明的較佳實施例進行詳細的闡述，以使本發明的優點和特征能易于被本領域技術人員理解，但本發明并不限于以下實施例。實施例1本發明提及的等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法的具體制備過程如下a)基材前處理，首先，將低碳鋼板切割成厚度為10mm，寬度為100mm，長度為2000mm的板材；然后，用銑床對碳鋼板表面進行切削，去掉氧化層，直至裸露出金屬光澤；接著，對碳鋼板進行脫脂清洗，脫脂劑主要成分為氫氧化鉀，并使用有機絡合劑作為清洗助齊IJ，清洗時溫度控制在25°C左右，清洗完畢后用清水沖洗；最后用酒精擦拭鋼板表面并烘干，備用。b)準備原料，制備CrC0FeMnNiCua5高熵合金，原料選取相應元素的金屬粉末，并在合金粉末中加入IOwt. %的造洛劑。造洛劑成分為金紅石60wt. % ;螢石20wt. % ;云母20wt.%。精確稱量所需要的粉末 ，粉末的純度在99%以上，顆粒度在80目-300目之間，合金粉末成分如下表I合金成分質量
權利要求
1.一種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟a)基材前處理，基材優選用低碳鋼，基材前處理包括去除氧化物和表面清洗；其中，去除氧化物采用車削、打磨等機械方法，直至露出金屬光澤；表面清洗可以用金屬洗凈劑、氫氧化納等熱堿液或有機溶劑進行清洗； b)準備原料，高熵合金的成分為Cr5-35at. % ；Co 5-35at. % ；Fe 5-35at. % ；Mn 5-35at. % ；Ni 5-35at. % ；Cu :5_35at. %，原料選取相應元素的金屬粉末，然后在合金粉末中加入適量的造渣劑，造渣劑加入量為金屬粉末的5-15wt. % ;造渣劑的組成為金紅石50-100wt. % ;螢石0-25wt. % ;云母0-25wt. % ； c)混粉，將步驟b)中的原料混合均勻，優選采用VH-5型V型混料機混粉，轉速設定為20-30r/min，混粉時間為l_2h，以保證混合完全均勻； d)制備高熵合金涂層，采用等離子噴焊設備制備涂層的工藝參數為非轉移弧電壓18-21V ;非轉移弧電流58-63A ;轉移弧電壓29_32V ;轉移弧電流100_130A ;送粉電壓4. 0-5. 5V ;離子氣:200-350L/h ;送粉氣:300_600L/h ;保護氣:360_450L/h ;噴焊速度:25-30mm/min ;焊槍擺幅15_25mm ;噴距10_15mm。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，造渣劑的組包括金紅石、螢石和云母三種物質。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟b)中所用原料的純度要求在99%以上，顆粒度在80目 300目之間。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，所述的步驟d)中，所述離子氣、保護氣、送粉氣均為氬氣。
5.按照權利要求1的方法，其特征在于，采用相同的噴涂工藝參數，重復熔覆過程，使熔覆層達到4層以上，涂層厚度達到8-10mm。
全文摘要
一種等離子熔覆高熵合金涂層的制備方法，屬于涂層技術領域。將基材前處理，按照Cr5-35at.%；Co5-35at.%；Fe5-35at.%；Mn5-35at.%；Ni5-35at.%；Cu5-35at.%，選取金屬粉末，并加入造渣劑，造渣劑的組成金紅石50-100wt.%；螢石0-25wt.%；云母0-25wt.%，混合均勻；采用等離子噴焊設備制備涂層。本發明工序安排合理，實施簡便，成本適中，具有可推廣價值。制備的涂層與基材的結合強度高，表面質量優異，綜合力學性能穩定，持久耐用。
文檔編號C23C4/08GK103060797SQ20131001315
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者王智慧, 王虎, 賀定勇, 蔣建敏, 崔麗, 周正, 趙雪飛 申請人:北京工業大學