一种等轴晶高熵合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种等轴晶高熵合金涂层,由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末通过激光熔覆处理制得，各元素粉末粒度范围为200‑300目，同时还提供了一种等轴晶高熵合金涂层的制备方法，包括对所述高熵合金粉进行球磨步骤；对基体进行预处理步骤；制备预置层；最后采用激光器进行熔覆层的制备，在整个球磨过程和激光处理过程均用Ar保护。本发明专利技术中的高熵合金粉制备的熔覆层硬度明显提高，达到维氏硬度720HV，合金元素中的Co是非常有效的固溶强化元素，可细化晶粒，大大提高了所得高熵合金的二次可塑性和抗酸性腐蚀能力。

Equiaxed crystal high entropy alloy coating and preparation method thereof

The invention discloses a equiax crystal high entropy alloy coating is composed of Cr, Co, Fe, Ni and Ti powders by laser cladding process, the elements of powder particle size range of 200 300 mesh, and a preparation method of equiaxed grains of high entropy alloy coating is also provided, including the steps of milling high entropy alloy powder; the substrate pretreatment steps; preparation of preset layer; the laser cladding layer is prepared, in the process of ball milling and laser processing with Ar protection. The invention of high entropy alloy powder cladding layer hardness was increased, hardness of 720HV alloy elements to Vivtorinox, the Co is a solid solution strengthening element is very effective, can greatly improve the grain refinement, the high entropy alloy two plasticity and acid corrosion ability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高熵合金涂层及其制备方法领域，具体的说，是由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末通过激光熔覆处理制得的高熵合金涂层以及制备所述涂层的方法步骤。
技术介绍
传统的合金均以一种或两种(如Fe、Al、Mg、Ni、Co、Cu等)金属为主要组元，合金的结构和性能主要取决于主要组元。随着科学技术的不断进步，对材料的要求越来越高，现有合金已不能满足实际需要。高熵合金正是在这种背景下开发出来的一类新型合金材料，高熵合金又称高混乱度合金，是由我国台湾学者在20世纪90年代率先打破传统合金设计模式，提出的新合金设计理念，由于其熵值较传统合金高，故称高熵合金。与传统合金的不同在于：高熵合金是指含多种主要元素的合金，其中每个主要元素都具有高的摩尔分数，但不超过35％，这种合金是由多种元素集体体现而表现其特色，该类合金金相结构简单，甚至会出现非晶相和纳米相，合金具有优良的综合性能，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中的一个新的研究热点。现有常见的高熵合金有叶均蔚等发现的以CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金；张勇等发现的以AlCoCrFeNi为代表的体心立方固溶体结构的合金，但随着高熵合金材料的不断发展和不断的实验，现需要硬度更好、抗腐蚀性强、屈服强度和断裂强度更高的高熵合金。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种等轴晶高熵合金涂层，即CrCoFeNiTi涂层，用于提高现有金属材料的耐腐蚀性，尤其是耐酸性点腐蚀性和再塑造能力；同时本专利技术还提供一种等轴晶高熵合金涂层的制备方法，用于将所述等轴晶高熵合金涂层通过激光熔覆处理与现有金属材料形成熔固体，改变现有金属材料的力学性能，尤其获得高硬度、高耐酸性腐蚀性能。本专利技术通过下述技术方案实现：一种等轴晶高熵合金涂层,由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末通过激光熔覆处理制得，各元素粉末粒度范围为200-300目，各元素粉末的纯度均大于等于99.9％，所述Cr、Co、Fe、Ni、Ti的摩尔比为(1～1.05)：(0.1～1.5)：(1～1.05)：(1～1.05)：(0.1～1.5)。优选地，所述Cr、Co、Fe、Ni、Ti的摩尔比为1:1:1:1：1。一种等轴晶高熵合金涂层的制备方法，由以下步骤组成：步骤3.1将由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末组成的高熵合金粉放入球磨机中，利用抽真空机对球磨机进行真空抽取，当真空度达到5000Pa以下后，注入Ar气进行球磨，持续球磨时间为6-8小时；步骤3.2将基体进行预处理，具体处理步骤依次为清洗、干燥、打磨、精磨并检查粗糙度，当粗糙度Ra＜1.6时，用丙酮进行表面清洗，风干10-15分钟，再次用丙酮清洗，自然风干60分钟以上待用；步骤3.3将步骤3.1中球磨完成的高熵合金粉用纯度为90-95％的乙醇进行润湿并搅拌，均匀平铺在基体表面上，平铺厚度为0.8-1.2mm形成预置层，进行自然风干待用；步骤3.4将步骤3.3中干燥的预置层采用激光器进行激光熔覆处理，述说激光器的光斑调为圆形光斑，光斑直径D＝3.5-4.5mm，功率P＝2.2-2.6KW，扫描速度v＝4-5mm/s，熔覆的整个过程采用Ar气保护。优选地，所述步骤3.1所述球磨机的初始转速为200转/分，球磨时间每达到1小时对应转速增加50转/分，最高不超过500转/分。优选地，所述基体为40Cr钢、42CrCo、45钢中任意一种。优选地，所述步骤3.3中预置层厚度为0.8mm或0.9mm。优选地，所述步骤3.4所述激光器为高功率CO2激光器。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术中的等轴晶高熵合金涂层明显提高了现有基体金属材料的硬度、抗疲劳强度、耐酸性腐蚀能力，其最高硬度可达维氏硬度720HV，同时，本专利技术中合金元素中的Co是非常有效的固溶强化元素，可细化晶粒，Co元素的存在有效提高了固溶体的溶质原子数量，溶质原子和位错存在交互作用，增加了位错运动阻力，使合金硬度、强度提高；Ti元素具有析出强化作用，使得合金涂层具有高硬度。(2)本专利技术中的等轴晶高熵合金涂层的耐酸性腐蚀能力明显提高，解决了现有金属以及部分高熵合金的抗酸性点腐蚀能力不强，容易被酸性物质对晶间腐蚀，还可能出现应力腐蚀、剥蚀、疲劳腐蚀等，最终造成设备穿孔、丧失气密性，强度降低等诸多问题。(3)本专利技术的等轴晶高熵合金涂层解决了现有高熵合金容易出现偏相，晶粒平直导致结合度低的问题，同时，本专利技术的等轴晶高熵合金涂层中的等轴晶组织规避了现有高熵合金大多为枝状晶组织，虽具备高硬度但是其强度和塑性低，不利于后期再加工，力学能力的可塑性低的缺点。附图说明图1为实施例4中CrCoFeNiTi高熵合金涂层回火温度与硬度的曲线图；图2为实施例2-6中CrCoFeNiTi高熵合金涂层在900°回火温度下对应表面硬度的曲线图；图3为实施例2-6中CrCoFeNiTi高熵合金涂层在0.5mol/L HCl溶液中自腐蚀电流曲线图；图4为实施例2-6中CrCoFeNiTi高熵合金涂层在0.5mol/L HCl溶液中自腐蚀电位曲线图；图5为本专利技术实施例4中CrCoFeNiTi高熵合金涂层厚度与硬度的关系曲线图；图6为本专利技术实施例4CrCoFeNiTi高熵合金涂层在0.5mol/L HCl溶液中的动电位循环极化曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。结合附图1-6所示，以40Cr钢为基体材料进行，实施例中涉及名词解释如下：原子比：化合物中元素原子的个数比。摩尔比：“物质的量”是表示物质的多少，但是它是以个数来计数的，如果物质是分子它就是指分子的个数，如果物质是原子它就指原子的个数，但是一个分子或一个原子对我们根本没有用，比较抽象，在实际应用中也没有意义，于是就用了一个比较大的数目，阿伏伽德罗常数(摩尔常量)：六点零二乘以十的二十三次方。1摩尔某物质就有这么多个数的原子或分子。1摩尔某物质的质量就刚好是它的分子量那么多克。如1摩尔S是32g,1摩尔N2是28g。摩尔分数：混合物或溶液中的一种物质的物质的量与各组分的物质的量之和之比，即为该组分的摩尔分数。熵：一个系统中\无秩序\的程度，也表征生命活动过程质量的一种度量。组元:组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。实施例1：一种等轴晶高熵合金涂层的制备方法，由以下步骤组成：步骤1.将所述高熵合金粉放入球磨机中，利用抽真空机对球磨机进行真空抽取，当真空度达到5000Pa以下后，注入Ar气进行球磨，持续球磨时间为6-8小时；步骤2.将基体进行预处理，具体处理步骤依次为清洗、干燥、打磨、精磨并检查粗糙度，当粗糙度Ra＝0.3时，用丙酮进行表面清洗，风干10-15分钟，再次用丙酮清洗，自然风干60分钟以上待用；步骤3.将步骤1中球磨完成的高熵合金粉用纯度为90-95％的乙醇进行润湿并搅拌，均匀平铺在基体表面上，平铺厚度为0.8mm形成预置层，进行自然风干待用；步骤4.将步骤3中干燥的预置层采用激光器进行激光熔覆处理，所述激光器的光斑调为圆形光斑，光斑直径D＝3.5mm，功率P＝2.5KW，扫描速度v＝5mm/s，熔覆的整个过程采用Ar气保护。实施例2：一种等轴晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等轴晶高熵合金涂层，其特征在于，由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末通过激光熔覆处理制得，各元素粉末粒度范围为200‑300目，各元素粉末的纯度均大于等于99.9%，所述Cr、Co、Fe、Ni、Ti的摩尔比为（1～1.05）：（0.1～1.5）：（1～1.05）：（1～1.05）：（0.1～1.5）。

【技术特征摘要】
1.一种等轴晶高熵合金涂层，其特征在于，由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末通过激光熔覆处理制得，各元素粉末粒度范围为200-300目，各元素粉末的纯度均大于等于99.9%，所述Cr、Co、Fe、Ni、Ti的摩尔比为（1～1.05）：（0.1～1.5）：（1～1.05）：（1～1.05）：（0.1～1.5）。2.根据权利要求1所述的一种等轴晶高熵合金涂层，其特征在于，所述Cr、Co、Fe、Ni、Ti的摩尔比为1:1:1:1：1。3.根据权利要求1或2所述的一种等轴晶高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：步骤3.1将由Cr、Co、Fe、Ni、Ti元素粉末组成的高熵合金粉放入球磨机中，利用抽真空机对球磨机进行真空抽取，当真空度达到5000Pa以下后，注入Ar气进行球磨，持续球磨时间为6-8小时；步骤3.2将基体进行预处理，具体处理步骤依次为清洗、干燥、打磨、精磨并检查粗糙度，当粗糙度Ra＜1.6时，用丙酮进行表面清洗，风干10-15分钟，再次用丙酮清洗，自然风干60分钟以上待用；步骤3.3将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱星武，
申请(专利权)人：四川建筑职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51