一种激光熔覆高熵合金涂层及其制备方法

本发明涉及合金表面涂层改性的，特别涉及一种激光熔覆高熵合金涂层。

背景技术：

1、为突破传统的合金设计理念，2004年叶教授提出了高熵合金的概念。这种合金包含至少五种主要元素，每种元素的原子数百分比在5％到35％之间，这些合金也被称为多元合金。合金的混合熵(主要指构型熵)远高于传统合金。这导致了四种效应:高熵热力学、慢扩散动力学、结构中的晶格畸变和鸡尾酒性能。它们还可以在高强度、高硬度、优异的热稳定性、耐腐蚀性和耐磨性方面产生更好的特性。高熵合金的制备主要采用真空熔炼的方法，制备块体高熵合金时，此方法在制备成本上较高，不能广泛应用于工业生产中。研究人员将目光转向高熵合金涂层的制备上，高熵合金涂层既能避免昂贵金属的浪费，又能保证涂层的厚度，具有高强度及高硬度、良好的耐磨性、优秀的耐蚀性、较好的磁性能等。

2、目前常用激光熔覆、等离子熔覆、氩弧熔覆等表面熔覆技术制备高熵合金涂层，激光熔覆技术又是近年来发展较快、应用较多的一门技术，激光熔覆技术具有快热快冷的优点，且熔覆层与基体呈冶金结合，熔覆层缺陷少，对基体热影响区域小。

3、激光熔覆技术在合金上制备高熵合金涂层能更好满足科技发展对材料的需求，可以用开发性能优良的高熵合金，替代传统合金满足不了的场合，在航空航天、能源交通和电子通讯等领域显示出巨大的应用潜力。

4、目前，通过激光熔覆等方法制备的涂层存在力学性能较差，与基体的结合强度不足，应用范围小，难以满足现代需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种激光熔覆高熵合金涂层及其制备方法，与基体结合良好，熔覆层均匀且致密，有较强的硬度、强度以及耐磨性高温抗氧化性。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种激光熔覆高熵合金涂层，所述合金由以下原子数百分比的金属元素组成：

4、

5、本发明还提供了一种激光熔覆高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

6、按所述原子数百分比称取铝粉、钛粉、钒粉、铬粉和铌粉；

7、将所述铝粉、钛粉、钒粉、铬粉和铌粉混合后进行球磨，得到混合金属粉末；

8、将所述混合金属粉末与乙醇混合，得到浆料；

9、将所述浆料涂覆在钛合金基体表面表面，得到预涂层；

10、对所述预涂层进行激光熔覆，得到高熵合金涂层。

11、优选的，所述铝粉、钛粉、钒粉、铬粉和铌粉的纯度独立地≥99.9％，粒径独立地为200～350目。

12、优选的，所述球磨的转速为25～80r/min，球磨的时间为3～5h，球磨粒径为150～300目，所述球磨在真空条件下进行。

13、优选的，所述混合金属粉末与乙醇的质量比为95～97:3～5。

14、优选的，所述钛合金基材在使用前包括预处理，所述预处理包括以下步骤：

15、将基材表面进行表面打磨、丙酮溶液浸泡、无水乙醇清洗和干燥。

16、优选的，所述打磨为依次使用200目和400目的金相砂制打磨；所述干燥的温度为60～70℃，干燥时间为0.5～2h。

17、优选的，所述预涂层的厚度为0.7～1.5mm。

18、优选的，所述激光熔覆的功率为1.5～2.5kw，扫描速度为500～800mm/min，光斑直径为3～4mm。

19、优选的，所述激光熔覆用氦气作保护气，所述氦气的气体流量为20～25l/min。

20、有益技术效果：本发明提供了一种激光熔覆高熵合金涂层，由一定原子数比的五种金属元素al、ti、v、cr、nb组成，将金属粉末球磨混粉；将混合好的金属粉末用无水乙醇稀释至粘稠后均匀粘附在钛合金表面形成合金粉末预制层；通过激光熔覆将合金粉末预制层熔覆在钛合金基体表面形成高熵合金涂层。本发明所述激光熔覆制得的高熵合金涂层，与基体结合良好；熔覆层均匀且致密，微观组织明显，为面心立方(fcc)和体心立方(bcc)结构，晶体为枝晶和等轴晶；本发明所选用的金属元素a1熔点低，原子半径大；ti会使合金由磨粒磨损和粘着磨损转变为以粘着磨损为主。因此，a1和ti的添加使合金的硬度、强度以及耐磨性会有显著的提高；在altivcr四元合金涂层基础上添加了nb元素，nb元素的添加，高温时能促进合金保持一定的强度和抗蠕变能力，在高温抗氧化性能上会有明显改善。

技术特征：

1.一种激光熔覆高熵合金涂层，其特征在于，所述合金由以下原子数百分比的金属元素组成：

2.权利要求1所述的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铝粉、钛粉、钒粉、铬粉和铌粉的纯度独立地≥99.9％，粒径独立地为200～350目。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述球磨的转速为25～80r/min，球磨的时间为3～5h，球磨粒径为150～300目，所述球磨在真空条件下进行。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合金属粉末与乙醇的质量比为95～97:3～5。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钛合金基材在使用前包括预处理，所述预处理包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述打磨为依次使用200目和400目的金相砂制打磨；所述干燥的温度为60～70℃，干燥时间为0.5～2h。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预涂层的厚度为0.7～1.5mm。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆的功率为1.5～2.5kw，扫描速度为500～800mm/min，光斑直径为3～4mm。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆用氦气作保护气，所述氦气的气体流量为20～25l/min。

技术总结
本发明提供了一种激光熔覆高熵合金涂层及其制备方法，属于合金表面涂层改性技术领域。本发明的高熵合金涂层，由一定原子比的五种金属元素Al、Ti、V、Cr、Nb组成，将金属粉末球磨混粉；将混合好的金属粉末用无水乙醇稀释至粘稠后均匀粘附在钛合金表面形成合金粉末预制层；通过激光熔覆将合金粉末预制层熔覆在钛合金基体表面形成高熵合金涂层。合金的硬度、强度以及耐磨性和基材结合度有显著的提高。

技术研发人员：刘洪喜,齐惠清,张晓伟,陶建涛,李为尚,刘亮
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13