一种高熔点高熵合金及其涂层制备方法技术

本发明专利技术涉及新型合金材料技术领域，提供了一种高熔点高熵合金，组成为CoCrMoNbTi；上述组分的原子摩尔比为：(0.8~1.1):(0.8~1.1):(0.8~1.1):(0.8~1.1):(0~1.1)；所选用的Co、Cr、Mo、Nb和Ti的原材料纯度均不低于99%；还提供了一种上述合金块体材料及激光熔覆涂层的制备方法。本发明专利技术的有益效果为：该高熵合金具有简单的体心立方结构，同时具备很高的强度和热稳定性，力学性能优异，能满足现代工业中对材料的更高性能要求，特别是高温性能的要求；该高熵合金涂层的制备，促进和拓展了高熵合金的应用领域；制备方法简单、易行、具备广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型合金材料
，特别涉及一种高熔点高熵合金及其涂层制备方法。
技术介绍
高熵合金理念的提出，为合金材料的研究开辟了新的途径。高熵合金一般包含5种或5种以上的组元，且每种元素的原子比例在5％-35％之间。由于高熵效应，含有等原子摩尔比或近原子摩尔比的多组元合金并没有形成结构复杂的脆性金属间化合物相，反而能够形成简单的固溶体结构，赋予合金优良的综合性能。特别是近年来通过几种高熔点合金的有机组合设计开发的高熔点高熵合金在相关高温性能方面比传统高温合金有明显提高，应用前景广阔，成为高熵合金研究的热点分支之一。CN201510010329.0公开了一种调控AlCoCrFeNi高熵合金组织的方法，在大气环境下用包覆剂对AlCoCrFeNi高熵合金包覆，通过深过冷快速凝固来改变组织形态，通过获得实验过程中AlCoCrFeNi高熵合金大的过冷度以调控组织形貌。CN201310161152.5公开了一种含非晶纳米晶高熵合金涂层的制备方法，可用于制备综合性能优越的高熵合金涂层及块体材料。CN200810063807.4公开了一种高熵合金基复合材料及其制备方法，复合材料的硬度、强度等性能都比复合前显著提高。上述材料中都没有涉及高熔点高熵合金及其制备。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种高熔点高熵合金，采用真空电弧熔炼技术设计研发了CoCrMoNbTi新型体系的高熔点高熵合金，确定了合金的成分范围和熔炼工艺，测试了合金的组织结构和相关性能。同时通过激光熔覆技术和热喷涂技术制备了高熔点高熵合金涂层，确定了涂层制备工艺及相关组织性能，为新型合金的实际应用铺平了道路。本专利技术一种高熔点高熵合金，组成为CoCrMoNbTi；上述组分的原子摩尔比为：Co:Cr:Mo:Nb:Ti＝(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)。进一步的，在制备所述高熔点高熵合金时，所选用的Co、Cr、Mo、Nb和Ti的原材料纯度为99％～99.99％。本专利技术还提供了一种上述高熔点高熵合金块体材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、Co、Cr、Mo、Nb、Ti原材料表面净化，去除氧化物；步骤二、Co、Cr、Mo、Nb、Ti按照摩尔比(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)称量配比；步骤三、将配置好的原料置于真空非自耗钨极电弧熔炼炉内的水冷铜模中，对电弧炉抽真空，电弧炉内气压为0～6×10-3Pa；然后充入工业氩气到电磁炉内，压力达到0.4～0.6个大气压；步骤四、熔炼过程中，每次合金熔化后，电弧保持时间30-60s，待合金块冷却后将其翻转，如此重复3～5次或以上；合金均匀熔炼后，取出即得所述高熔点高熵合金。本专利技术还提供了一种上述高熔点高熵合金激光熔覆涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将所述高熔点高熵合金的粉体在全方位行星式球磨机内混合，球磨转速为140-160r/min，时间为14-16h，将混合均匀的粉体置于碳钢基体上，预置厚度为600-800um；步骤二、用高功率激光器进行多道熔覆，激光功率为2.3～2.7kW，扫描速度为300-600mm/min，光斑直径为3～4mm，搭接率为25％～40％，熔覆时用惰性气体保护。进一步的，步骤一中的球磨转速为150r/min，合金粉体的预置厚度为700um。进一步的，步骤二中的惰性气体为Ar。本专利技术的有益效果为：该高熵合金具有简单的体心立方结构，同时具备很高的强度和热稳定性，力学性能优异，能满足现代工业中对材料的更高性能要求，特别是高温性能的要求；该高熵合金涂层的制备，促进和拓展了高熵合金的应用领域；制备方法简单、易行、具备广阔的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术实施例1中CoCrMoNbTi高熵合金的X射线衍射图谱。图2所示为实施例1中CoCrMoNbTi高熵合金的扫描电镜背散射照片。图3所示为实施例2中CoCrMoNbTi高熵合金涂层界面的扫描电镜背散射照片。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。本专利技术实施例一种高熔点高熵合金，所述高熔点高熵合金的组成为CoCrMoNbTi；上述组分的原子摩尔比为：(0.8-1.1)：(0.8-1.1)：(0.8-1.1)：(0.8-1.1)：(0-1.1)。在制备所述高熔点高熵合金时，所选用的Co、Cr、Mo、Nb和Ti的原材料纯度均不低于99％，优选为99％～99.99％。一种上述高熔点高熵合金块体材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、Co、Cr、Mo、Nb、Ti原材料表面净化，去除氧化物；步骤二、Co、Cr、Mo、Nb、Ti按照摩尔比(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)称量配比；步骤三、将配置好的原料置于真空非自耗钨极电弧熔炼炉内的水冷铜模中，对电弧炉抽真空，电弧炉内气压为0～6×10-3Pa；然后充入工业氩气到电磁炉内，压力达到0.4～0.6个大气压；步骤四、熔炼过程中，每次合金熔化后，电弧保持时间30-60s，待合金块冷却后将其翻转，如此重复3～5次或以上；合金均匀熔炼后，取出即得所述高熔点高熵合金。一种上述高熔点高熵合金激光熔覆涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将所述高熔点高熵合金的粉体在全方位行星式球磨机内混合，球磨转速为140-160r/min，时间为14-16h，将混合均匀的粉体置于碳钢基体上，预置厚度为600-800um；步骤二、用高功率激光器进行多道熔覆，激光功率为2.3～2.7kW，扫描速度为300-600mm/min，光斑直径为3～4mm，搭接率为25％～40％，熔覆时用惰性气体保护。优选的，步骤一中的球磨转速为150r/min，合金粉体的预置厚度为700um；步骤二中的惰性气体为Ar。实施例1本实施例高熔点高熵合金制备过程如下：原料准备：将Co、Cr、Mo、Nb和Ti块体原料用机械方法去除氧化皮，按照摩尔比例Co:Cr:Mo:Nb:Ti＝1:1:1:1:1:0.4进行精确称量配比，在酒精中用超声波震荡清洗干净；合金熔炼：采用真空非自耗电弧炉熔炼合金；将混合好的原料置于真空电弧熔炼炉内的水冷铜模中，对电弧炉抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，充入工业氩气直到炉内压力达到半个大气压；每次熔炼合金熔化后，电弧保持时间45s；待合金冷却后再将坩埚内的合金翻面继续熔炼，如此重复4次，以保证合金混合均匀。合金的组织结构及性能分析如下：X射线衍射(XRD)结果：利用线切割将试样切割成10×10×10mm方块后，将试样表面依次用150#、400#、800#、1200#、1500#和2000#的金相砂纸仔细研磨。使用X射线衍射仪对金相样品进行相组成分析，扫描步长0.01/s，扫描角度2θ的范围从10°到90°。测试结果如图1所示。扫描电镜(SEM)结果：用线切割将试样切割成10×10×10mm方块后，经150本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高熔点高熵合金，其特征在于，所述高熔点高熵合金的组成为CoCrMoNbTi；上述组分的原子摩尔比为：Co:Cr:Mo:Nb:Ti＝(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)。

【技术特征摘要】
1.一种高熔点高熵合金，其特征在于，所述高熔点高熵合金的组成为CoCrMoNbTi；上述组分的原子摩尔比为：Co:Cr:Mo:Nb:Ti＝(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)。2.如权利要求1所述的高熔点高熵合金，其特征在于，在制备所述高熔点高熵合金时，所选用的Co、Cr、Mo、Nb和Ti的原材料纯度为99％～99.99％。3.一种如权利要求1或2所述的高熔点高熵合金块体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、Co、Cr、Mo、Nb、Ti原材料表面净化，去除氧化物；步骤二、Co、Cr、Mo、Nb、Ti按照摩尔比(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0～1.1)称量配比；步骤三、将配置好的原料置于真空非自耗钨极电弧熔炼炉内的水冷铜模中，对电弧炉抽真空，电弧炉内气压为0～6×10-3Pa；然后充入工业氩气到...

【专利技术属性】
技术研发人员：周香林，张咪娜，李景昊，朱武智，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11