一种(AlTi)40%(CrFeCuNi)60%轻质高熵合金涂层及其制备方法

本发明涉及涂层制备领域，尤其是一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术：

1、q235钢的耐磨损和耐腐蚀能力一般，满足不了磨损和腐蚀共存的服役条件。高熵合金突破了传统合金的设计理念，通常由5种或5种以上的元素组成，且每种元素的含量介于5％至35％之间。高熵合金的高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应赋予了高熵合金高强度、高硬度、高耐磨、高耐蚀、高抗氧化性等优异性能，其在工程应用中具有广阔的发展前景。轻质高熵合金通常由包含多种轻质元素组成，如铝、镁等，这使得这些合金具有较低的密度，因而在许多应用中能替代传统的重金属合金。轻质高熵合金的使用可以降低结构的整体重量，对于航空航天、汽车制造等领域，这是一个重要的优势。在钢基表面制备一层轻质高熵合金涂层可以提高材料的耐磨耐蚀性能，同时，轻质高熵合金涂层可以显著减少钢件用料，降低工件质量，提高钢的性能和使用寿命。

2、crfecuni系高熵合金相对于传统合金来说，它包含的元素分布更加均匀，没有主要元素。这种高熵效应赋予该高熵合金体系优异的性能，如抗变形、高温强度和耐腐蚀性等。在此基础上，通过将具有较大原子半径的轻质金属元素al、ti与塑性良好成本较低的crfecuni高熵合金结合，通过激光熔覆引入高熵合金涂层，在保证了高熵合金体系具有显著的高强度、高硬度、高耐磨、高耐腐蚀性能的同时降低了体系的密度，在获得高耐磨高耐蚀涂层的基础上进一步降低结构重量。

3、激光熔覆技术作为一种先进的表面处理技术，具有快速加热和快速冷却，制备工艺简单，对基体材料稀释小并基体与涂层具有冶金结合等优点，因此采用激光熔覆技术制备(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层可以充分发挥涂层的优异性能。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，本发明中激光熔覆得到的熔覆层与基体结合良好，且具有高硬度、高耐磨、高耐蚀等特点，涂层的耐用性显著提升。

2、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层，按高熵合金密度计算公式：

3、

4、得到(alti)40％(crfecuni)60％的理论密度为6.196g/cm3,属于轻质高熵合金的范畴内，远低于目前工业用钢的密度。

5、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层，按质量分数计，包括以下成分：al 6.5％，ti 11.4％，cr 18.6％，fe 20％，cu 22.5％，ni 20.9％，其中所述的al、ti、cr、fe、cu、ni粉末纯度大于99.9％，粒径为200目。

6、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1：去除q235钢基材表面氧化皮及油污，用酒精清洗吹干备用。

8、步骤2：按比例称取al、ti、cr、fe、cu、ni金属粉末，采用球磨机进行球磨混粉，将得到的合金粉末烘干备用。

9、步骤3：将步骤2中所得合金粉末预铺在q235钢表面，采用光纤激光器进行激光熔覆，得到(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层。

10、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用的球磨机球磨参数为：时间5h，转速180r/min。

11、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤3中预铺粉末厚度为1.4mm。

12、一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤3中激光熔覆的功率为2200w，扫描速度为150mm/min，搭接率为20％，光斑尺寸为10mm，熔覆过程中以氩气为保护气体，气体流量为7l/min。

13、本发明公开了一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，高熵合金的迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应赋予了高熵合金高强度、高硬度、高耐磨、高耐蚀、高抗氧化性等优异性能，将具有较大原子半径的al、ti轻质元素与塑性良好成本较低的crfecuni高熵合金结合，能够在获得高耐磨高耐蚀涂层的基础上进一步降低结构重量。激光熔覆技术作为一种先进的表面处理技术，具有快速加热和快速冷却，制备工艺简单，对基体材料稀释小并基体与涂层具有冶金结合等优点，并且可以充分发挥高熵合金的优异性能，采用激光熔覆技术制备的(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层具有良好的耐磨及耐腐蚀性能。

技术特征：

1.一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，高密度金属cr、fe、cu、ni元素按摩尔比为1:1:1:1配制，总占比为60％，al、ti轻质元素按摩尔比为1:1配制，总占比为40％，在所制体系中，(alti)40％(crfecuni)60％的理论密度为6.196g/cm3,属于轻质高熵合金的范畴内，远低于目前工业用钢的密度。

2.根据权利要求1所述的一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述的al、ti、cr、fe、cu、ni粉末纯度大于99.9％，粒径为200目。

3.根据权利要求1所述的一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用的球磨机球磨参数为：时间5h，转速180r/min。

5.根据权利要求3所述的一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤3中预铺粉末厚度为1.4mm。

6.根据权利要求3所述的一种(alti)40％(crfecuni)60％轻质高熵合金涂层及其制备方法，其特征在于，所述步骤3中激光熔覆的功率为2200w，扫描速度为150mm/min，搭接率为20％，光斑尺寸为10mm，熔覆过程中以氩气为保护气体，气体流量为7l/min。

技术总结
本发明公开了一种(AlTi)<subgt;40％</subgt;(CrFeCuNi)<subgt;60％</subgt;轻质高熵合金涂层及其制备方法，本发明的(AlTi)<subgt;40％</subgt;(CrFeCuNi)<subgt;60％</subgt;轻质高熵合金涂层由Al、Ti、Cr、Fe、Cu、Ni组成，Cr、Fe、Cu、Ni四种高密度金属元素按摩尔比为1:1:1:1配制，总占比为60％，Al、Ti两种轻质金属元素各按摩尔百分比为20％掺杂进CrFeCuNi高熵合金中，总占比为40％。熔覆层制备方法为：将上述合金粉末置于球磨机中混合均匀，利用预置粉末法在预处理后的Q235钢基体表面制备预制层，采用激光熔覆技术获得熔覆层。本发明中的轻质涂层与基体形成良好的冶金结合，组织均匀，质量稳定，并兼具有优异的耐磨性及耐蚀性，相比于基体Q235钢，其体积磨损量降低了一倍，其自腐蚀电流密度降低了两个数量级，与耐腐蚀性良好的304不锈钢在同一数量级，但其耐磨性相对于304不锈钢提高。

技术研发人员：汪国杰,蒋淑英
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7