一种多主元合金高耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多主元合金高耐磨涂层及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，其化学式为AlxCrCuMnyNiRz，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1.3；0.05≤z≤0.5；且0.02≤x/(x+y+z+3)≤0.30；0.02≤y/(x+y+z+3)≤0.30；0.01≤z/(x+y+z+3)≤0.10；R为Y或Tb。本发明专利技术方法能够获得成分均匀的多主元合金材料涂层，有效抑制金属间化合物的形成；工艺与设备简单，成本低，生产效率高，适用材料范围广。 1

【技术实现步骤摘要】
一种多主元合金高耐磨涂层及其制备方法
本专利技术涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种多主元合金高耐磨涂层及其制备方法。
技术介绍
等离子熔覆技术可在金属表面获得合金以及金属间化合物复合涂层，提高金属表面耐磨性，已广泛应用于电力、煤炭、冶金和机械等工业领域，显示出很好的发展潜力和应用前景。如传统的合金刀具，由于高温性能差、易磨损等缺点与现代加工技术的需求有较大差距。合金涂层不仅可以提高材料表面的硬度和强度，同时不影响基体的韧性，有效的协调了工作面与基体本身之间的强韧性关系，使工件具有较好的综合性能。解决了硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往往是以硬度的下降为代价的问题。涂层技术通过改进工件表面的力学性能，有效调解了这两者的矛盾，同时工件的耐磨性、高温强度等也得到大大改善。如：涂层刀具与未涂层刀具相比具有明显的优越性：显著降低摩擦系数，改善刀具表面的摩擦学性能和排屑能力；显著提高耐磨性和抗冲击韧性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具寿命；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削热，有利于提高切削速度及加工效率，并扩大了干切削的应用范围，从而减少或消除切削液对环境的影响。多主元合金具有硬度高、耐腐蚀性及抗氧化性好等优点，可以被用作耐磨或抗氧化涂层。传统合金大多数都是以一种金属为主体，通过添加少量或微量合金元素改变合金的相结构和显微结构，达到合金成分要求。多主元合金突破了传统合金以一种或两种元素为主元的合金设计思想，依靠近等摩尔比（不超过35at%）多种(5种以上)金属原子混合形成合金。此类合金有可能在通过合金化和加工后形成新型显微结构并具有优异性能，从而冲破传统金属材料性能极限，满足工业技术发展对材料的更高需求。本专利技术主要提供一种高耐磨涂层用多主元合金粉末及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种多主元合金高耐磨涂层及其制备方法，此种方法以纯金属粉末和稀土氧化物粉末为原料，在室温球磨过程中发生复杂的固相反应，利用球磨过程中产生的机械力（剪切力、冲击力等）可使金属粉末发生塑性变形、断裂、破碎、晶体结构重构等过程，整个过程均为固相反应，避免了传统熔铸法难以制备熔沸点差异较大的弊端。制备出的多主元合金粉末成分均匀，可有效抑制金属间化合物的形成，原料利用率高，且具有较高的硬度和耐磨性以及较好的综合机械性能等。实现本专利技术的技术方案是：一种多主元合金高耐磨涂层，高耐磨涂层按化学式AlxCrCuMnyNiRz称取金属粉末和稀土氧化物粉末，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.05≤z≤0.5、0.02≤x/(x+y+z+3)≤0.30、0.02≤y/(x+y+z+3)≤0.30、0.01≤z/(x+y+z+3)≤0.10；R为Y或Tb。一种多主元合金高耐磨涂层的制备方法，步骤如下：（1）按化学式AlxCrCuMnyNiRz称取金属粉末和稀土氧化物粉末，将金属粉末和稀土氧化物粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封起来，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.05≤z≤0.5、0.02≤x/(x+y+z+3)≤0.30、0.02≤y/(x+y+z+3)≤0.30、0.01≤z/(x+y+z+3)≤0.10；R为Y或Tb；（2）将步骤（1）密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为30~100rpm，时间为0.5-6h；（3）以步骤（2）混料后的粉末为基准，向混料后的粉末中加入97wt%的松节油透醇和3wt%的乙基纤维素调制成糊状，将糊状混料涂制于基体上，在80~120℃下烘干；（4）在步骤（3）中烘干后的基体上进行等离子熔覆，熔覆电流120~137A，熔覆电压34V，等离子弧移动速度为120~180mm/min，熔覆完得到多主元合金涂层。所述步骤（1）中金属粉末的纯度高于99.5%，稀土氧化物的纯度高于99.9%。所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。所述步骤（3）中基体为铝、铝合金、铜、铜合金、镍与镍合金中的一种。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法能够获得成分均匀的多主元合金材料涂层，有效抑制金属间化合物的形成；所制备的多主元合金涂层与基体之间为高强度的冶金结合，且可原位生成；涂层硬度高、综合机械性能好、适用范围广；该方法维护使用简单，耗电少，使用成本低，通用性好，生产成本低，适应性好，便于规模化生产，效益显著，对环境要求低，操控与维护简便，适用范围广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1制备的多主元合金高耐磨涂层的X射线衍射图谱。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1按化学式AlCrCuMnNiY0.05分别称取0.43mol的铝粉、铬粉、铜粉、锰粉与镍粉和0.01075mol的氧化钇，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%，氧化钇的纯度高于99.9%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为50rpm，时间为2h；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在90℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流130A，熔覆电压34V，等离子弧移动速度为160mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。实施例2按化学式Al0.1CrCuMnNiY0.1分别称取0.043mol的铝粉、0.43mol的铬粉、铜粉、锰粉与镍粉和0.0215mol的氧化钇，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%，氧化钇的纯度高于99.9%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为40rpm，时间为4h；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预制于基体上，在100℃下烘干；在预制有原料的基体材料上进行等离子熔覆，熔覆电流125A，熔覆电压34V，等离子弧移动速度为140mm/min，熔覆完成即在基体上制备出所需的多主元合金涂层。实施例3按化学式AlCrCuMn0.1NiY0.2分别称取0.43mol的铝粉、铬粉、铜粉与镍粉、0.043mol的锰粉和氧化钇，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%，氧化钇的纯度高于99.9%；将称量好的上述原料置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有原料的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为30rpm，时间为6h；在上述均匀混料后的粉末中加入97wt%松节油透醇和3wt%乙基纤维素调制成糊状，预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多主元合金高耐磨涂层，其特征在于：高耐磨涂层按化学式AlxCrCuMnyNiRz称取

【技术特征摘要】
1.一种多主元合金高耐磨涂层，其特征在于：高耐磨涂层按化学式AlxCrCuMnyNiRz称取金属粉末和稀土氧化物粉末，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.05≤z≤0.5、0.02≤x/(x+y+z+3)≤0.30、0.02≤y/(x+y+z+3)≤0.30、0.01≤z/(x+y+z+3)≤0.10；R为Y或Tb。2.权利要求1所述的多主元合金高耐磨涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）按化学式AlxCrCuMnyNiRz称取金属粉末和稀土氧化物粉末，将金属粉末和稀土氧化物粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封起来，其中0.1≤x≤1.3、0.1≤y≤1.3、0.05≤z≤0.5、0.02≤x/(x+y+z+3)≤0.30、0.02≤y/(x+y+z+3)≤0.30、0.01≤z/(x+y+z+3)≤0.10；R为Y或Tb；（2）将步骤（1）密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志新，马明星，梁存，周家臣，张忠帆，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41