高熵合金粉末及熔覆層制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了高熵合金粉末及熔覆層制備方法和應(yīng)用，所述高熵合金粉末由Fe、Ni、Cr、Al、Cu和Mn元素粉末組成，組成表示為FeNiCrAlCuMnx，x為Mn的摩爾比且其取值范圍為0～1。按照各自元素的摩爾比進行配比計算，準確稱量各個組分的質(zhì)量后將其進行充分混合以均勻即可，將高熵合金粉末和乙醇混合后，均勻涂覆在基體材料表面，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層。本發(fā)明提供了一種完全由金屬元素組成的高熵合金粉末，進行材料表面改性，通過激光熔覆獲得了成形良好的熔覆層提高材料硬度和耐磨性。
【專利說明】高熵合金粉末及熔覆層制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，更加具體地說，涉及一種高熵合金粉末材料及熔覆層 制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 高熵合金是上世紀九十年代中期由我國臺灣學(xué)者葉均蔚教授首先提出的一種新 型合金，基于等摩爾比、高混合熵的理念設(shè)計的高熵合金具有顯微結(jié)構(gòu)簡單化、納米析出 物、非晶結(jié)構(gòu)、納米晶粒等組織特征。多主元高熵合金，突破傳統(tǒng)的單元素為主，多主元高熵 合金凝固后不僅不會形成數(shù)目眾多的金屬化合物，反而形成簡單的體心立方或面心立方相 甚至非晶質(zhì)，所得相數(shù)遠遠低于平衡相率所預(yù)測的相數(shù)。因此，通過適當(dāng)?shù)暮辖鹋浞皆O(shè)計， 可獲得高硬度、高加工硬化、耐高溫軟化、耐高溫氧化、耐腐蝕、高電阻率等特性組合，因此 具有很大的應(yīng)用潛力。
[0003] 迄今為止，高熵合金主要采用真空電弧爐熔煉和熔鑄等方法制備，也有采用電化 學(xué)沉積和磁控濺射制備高熵合金薄膜的方法，但這些方法所制備的薄膜厚度僅能達到微米 尺度，難以發(fā)揮高熵合金力學(xué)性能方面的優(yōu)勢，且對基底材料有一定要求。激光熔覆由于具 有商的加熱和冷卻速率，涂層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強度商，涂層厚度最商可達幾暈米。 此外，激光熔覆的快速凝固特點能夠使合金組織細化，從而獲得較高的硬度和耐磨性能。因 此，通過適當(dāng)?shù)暮辖鹋浞皆O(shè)計，采用激光熔覆獲得高熵合金涂層，在成本低廉的鋼基體上制 備高熵合金涂層，對于拓展高熵合金的實際應(yīng)用具有很大的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種完全由金屬元素組成的激光 熔覆用高熵合金粉末及熔覆層制備方法，進行材料表面改性，提高材料硬度和耐磨性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0006] 高熵合金粉末，由Fe、Ni、Cr、Al、Cu和Μη元素粉末組成，即合金粉末組成表示為 FeNiCrAlCuMnx，X為Μη的摩爾比且其取值范圍為0?1，具體來說，所述Fe、Ni、Cr、Al、Cu 之間為等摩爾比，調(diào)整金屬Μη的用量，以使其使用摩爾量與Si (或者其余四種元素）的摩 爾比為0?1，優(yōu)選0. 3 - 1，更加優(yōu)選0. 5 - 0. 7。
[0007] 在進行制備時，首先按照各自元素的摩爾比進行配比計算，準確稱量各個組分的 質(zhì)量后將其進行充分混合以均勻即可，例如采用電子稱稱取各種元素的粉末，在研缽中研 磨半小時使其混合均勻。其中選用各個組分均為純度大于等于99%的粉末，粒徑為100- 500目，優(yōu)選200- 300目。
[0008] 利用本發(fā)明的合金粉末應(yīng)用到激光熔覆焊接中，將高熵合金粉末和乙醇混合后， 均勻涂覆在基體材料表面，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層。其中所述乙醇選用分析 純的無水乙醇，在高熵合金粉末和乙醇混合物中，按照質(zhì)量百分數(shù)由92?95%的合金粉末 與5?8%的乙醇組成。在混合后，形成糊狀或膏狀，以便于在基體材料表面繼續(xù)涂覆，經(jīng)涂 覆后在基體材料表面形成預(yù)制層，所述預(yù)制層厚度為1 一 2mm。
[0009] 在進行激光熔覆時，選用基體材料為42CrM〇鋼，工藝參數(shù)為：激光功率為1550? 1650KW，光斑直徑為0· 8?1. 0mm，掃描速度為150?200mm/min，離焦量為0mm，保護氣體 采用氬氣或氦氣，氣體流量為20?25L/min ;優(yōu)選激光功率為1580?1620KW，光斑直徑為 0. 8?1. 0mm，掃描速度為180?200mm/min，離焦量為0mm，保護氣體采用氬氣，氣體流量為 22 ?25L/min〇
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0011] (1)本發(fā)明合金粉末中，除去基本元素鐵之外充分發(fā)揮各個元素的最大性能，Ni主 要用于提高材料潤濕性并改善熔覆層性能，Cr主要通過固溶強化提高熔覆層硬度以及用于 提高熔覆層耐蝕性，A1主要提高熔覆層的抗高溫氧化性能，并通過固溶強化作用和增大晶 界滑移阻力來提高熔覆層硬度。此外，由于鋁表面極易氧化形成致密的氧化膜，在合金中添 加 A1還可以提高熔覆層的耐蝕性，Cu主要用于提高熔覆層耐磨性，Μη主要用于脫氧。
[0012] (2)本發(fā)明提供了一種完全由金屬元素組成的高熵合金粉末，并通過激光熔覆獲 得了成形良好的熔覆層。
[0013] (3)本發(fā)明提出的激光熔覆用高熵合金粉末可根據(jù)材料使用性能要求，在較大范 圍內(nèi)進行主元合金的配制，從而改變?nèi)鄹矊有阅堋?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為FeNiCrAlCu熔覆層宏觀形貌。
[0015] 圖2為FeNiCrAlCuMn熔覆層宏觀形貌。
[0016] 圖3為FeNiCrAlCu熔覆層全貌。
[0017] 圖4為FeNiCrAlCuMn熔覆層全貌。
[0018] 圖5為FeNiCrAlCu熔覆層金相組織。
[0019] 圖6為FeNiCrAlCuMn熔覆層金相組織。

【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。各個金屬元素來源如下表所 示：
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 高熵合金粉末，其特征在于，由Fe、Ni、Cr、Al、Cu和Μη元素粉末組成，即合金粉末組 成表示為FeNiCrAlCuMnx，X為Μη的摩爾比且其取值范圍為0?1，所述Fe、Ni、Cr、Al、Cu 之間為等摩爾比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金粉末，其特征在于，所述Μη的摩爾比優(yōu)選0. 3- 1， 更加優(yōu)選〇. 5 - 0. 7。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的高熵合金粉末，其特征在于，選用各個組分均為純度大 于等于99 %的粉末，粒徑為100- 500目，優(yōu)選200- 300目。
4. 一種利用如權(quán)利要求1所述的高熵合金粉末制備熔覆層的方法，其特征在于，將高 熵合金粉末和乙醇混合后，均勻涂覆在基體材料表面，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆 層，在高熵合金粉末和乙醇混合物中，按照質(zhì)量百分數(shù)由92?95%的合金粉末與5?8%的 乙醇組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備熔覆層的方法，其特征在于，所述乙醇選用分析純的無 水乙醇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備熔覆層的方法，其特征在于，在高熵合金粉末和乙醇混 合后，形成糊狀或膏狀，以便于在基體材料表面繼續(xù)涂覆，經(jīng)涂覆后在基體材料表面形成預(yù) 制層，所述預(yù)制層厚度為1 一2mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備熔覆層的方法，其特征在于，在進行激光熔覆時，選用基 體材料為42CrMo鋼，工藝參數(shù)為：激光功率為1550?1650KW，光斑直徑為0. 8?1. 0mm， 掃描速度為150?200mm/min，離焦量為0mm，保護氣體采用氬氣或氦氣，氣體流量為20? 25L/min〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備熔覆層的方法，其特征在于，在進行激光熔覆時，優(yōu)選激 光功率為1580?1620KW，光斑直徑為0. 8?1. 0mm，掃描速度為180?200mm/min，離焦量 為0mm，保護氣體采用氬氣，氣體流量為22?25L/min。
9. 如權(quán)利要求1所述的高熵合金粉末在激光熔覆中的應(yīng)用，并提高顯微硬度和耐磨性 能。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光熔覆用高熵合金粉末在激光熔覆中的應(yīng)用，其特征在 于，選用基體材料為42CrMo鋼。
【文檔編號】B22F1/00GK104141127SQ201310471107
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】羅震, 顏福裕, 談輝, 段瑞 申請人:天津大學(xué)