氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法，属于合金涂层及其制备技术领域。本发明专利技术选择Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素和陶瓷增强相TiC，制备高熵合金复合涂层，包括基体预处理、涂层材料选取、预制块制备和氩弧熔覆的步骤。本发明专利技术的复合涂层组织结构由BCC相和TiC组成，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要，促进了高熵合金在材料表面工程上的广泛应用。

High entropy alloy base composite coating reinforced by argon arc cladding titanium carbide and preparation method thereof

The invention discloses an argon arc cladding titanium carbide reinforced high entropy alloy base composite coating and a preparation method thereof, belonging to the technical field of alloy coating and the preparation technology thereof. The invention selects Fe, Al, Cr, Cu, Co and Ti elements and ceramic reinforcing phase TiC to prepare composite coating with high entropy alloy, including pretreatment of matrix, selection of coating material, preparation of prefabricated block and argon arc cladding process. The composite coating structure of the invention is composed of BCC and TiC, improves the surface hardness and wear resistance of the material, meets the needs of actual production, and promotes the extensive application of the high entropy alloy in the surface engineering of the material.

【技术实现步骤摘要】
氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法
本专利技术属于合金涂层及其制备
，具体地说，是指一种氩弧熔覆碳化钛高熵合金涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科技的飞速发展，材料领域中新材料方面的研究已成为人们研究的新方向。因此，复合材料因其所具有的优异性能成为研究热点，并且通过应用外加、原位生成各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等的方法制备出的复合材料已成功的应用在工业及实际生产中。叶均蔚等(叶均蔚.高乱度多元合金:CN,CN1353204[P].2002)在20世纪90年代提出的高熵合金，因其具有的较高的强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温软化等性能备受关注。高熵合金即为多主元高熵合金，又称多主元高混乱度合金，是以多种元素为主元的合金(主元数目n≥5)，各主要元素的原子百分比都较高，但不超过35％。近年来，人们在对高熵合金研究的基础上，开始对高熵合金基复合材料也进行研究，但相关报道还很少，对于其相组成、增强相的形成、强化机理以及界面的结构组成等在国内外期刊都很少报道。目前，制备高熵合金材料的方法有很多，但是每一种制备方法都具其优势，同时也会带有弊端。所以在高熵合金的制备过程中，必须根据所选元素及所需合金具有的性能、用途来选择适合的制备方法。研究表明，粉末冶金法、高(中)频感应炉加热以及熔铸的方法是制备块状高熵合金材料的主要方法；机械合金化法是高熵合金粉料的主要制备方法；高熵合金涂层材料的制备则一般采用的是热喷涂法、激光快速熔凝法、激光熔覆法及氩弧熔覆法；对于高熵合金薄膜材料，主要采用磁控溅射法和电化学沉积法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题和需求，本专利技术根据配置高熵合金的相关规律，选择合适的金属元素粉料(Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素)和陶瓷增强相(TiC)，制备高熵合金复合涂层。本专利技术提供的一种氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，具体步骤如下：第一步，基体的预处理。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，经过打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。第二步，涂层材料的选取。选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素，设计Fe1AlCrCuCoTi0.4高熵合金配比，在高熵合金的基础上再添加5wt.％～35wt.％的TiC。第三步，将涂层材料制备成预制块。将高熵合金粉末和TiC颗粒按照第二步中的配比混合均匀，压成预制块。将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h。第四步，氩弧熔覆得到高熵合金基复合涂层。将预制块置于基体表面，利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：焊接电流220～240A，焊接速度60～80mm·min-1，氩气流量6～7.5L·min-1，电弧长度2～4mm。所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。上述制备得到Fe1AlCrCuCoTi0.4+y％TiC(y＝5～35)高熵合金基复合材料涂层，其组织结构由BCC相和TiC组成，随着TiC含量增加，复合涂层的硬度也随之增加，当TiC含量为35％时，复合涂层的显微硬度高达1107.5HV0.2，是Q235钢基体的6.51倍。在磨粒磨损实验中，不同载荷和不同砂纸粒度的情况下，Fe1AlCrCuCoTi0.4+35％TiC高熵合金基复合材料涂层的耐磨粒磨损性能较基体提高3.91～7.06倍；在冲蚀磨损实验中，在不同冲蚀转速和不同介质浓度、不同角度及不同冲蚀介质的条件下，耐磨性较基体提高3.60～8.34倍。在石油介质的静态腐蚀实验中，Fe1AlCrCuCoTi0.4+35％TiC高熵合金基复合材料涂层的耐腐蚀性能较基体提高5.52倍；在动态腐蚀实验中，耐蚀性能较基体提高3.60～6.06倍；在冲蚀磨损实验中，耐冲蚀磨损性能较基体提高5.60～6.43倍。上述三种实验中，试样材料在冲蚀磨损实验中的失重速率均达到最快。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术实现氩弧熔覆工艺与先进的高熵合金材料相结合，促进了高熵合金在材料表面工程上的广泛应用。(2)本专利技术采用氩弧熔覆的方法，以Q235钢为基体，制备了添加碳化钛陶瓷增强相的高熵合金基复合材料涂层，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要。附图说明图1是本专利技术中Fe1-TiCy复合涂层XRD谱，(a)Fe1-TiC5，(b)Fe1-TiC15，(c)Fe1-TiC25，(d)Fe1-TiC35。图2是本专利技术中Fe1-TiCy复合涂层中部显微组织图，(a)Fe1-TiC5，(b)Fe1-TiC15，(c)Fe1-TiC25，(d)Fe1-TiC35。图3是本专利技术中Fe1-TiC35复合涂层中部SEM形貌。图4是Fe1-TiCy复合涂层显微硬度分布曲线。图5是本专利技术中复合涂层不同载荷磨粒磨损性能失重曲线，(a)40N，(b)70N，(c)100N。图6是本专利技术中复合涂层不同粒度对磨材料磨粒磨损性能失重曲线，(a)4#，(b)3#，(c)2#。图7是本专利技术中复合涂层和基体不同载荷磨粒磨损表面形貌，(a)基体40N，(b)基体100N，(c)Fe1-TiC35复合涂层40N，(d)Fe1-TiC35复合涂层100N。图8是本专利技术中复合涂层和基体不同粒度对磨材料磨粒磨损表面形貌，(a)基体2#，(b)基体4#，(c)Fe1-TiC35复合涂层2#，(d)Fe1-TiC35复合涂层4#。图9是本专利技术中复合涂层和基体不同转速下冲蚀磨损性能失重曲线，(a)200r/min，(b)300r/min，(c)400r/min，(d)不同转速条件下失重。图10是本专利技术中复合涂层和基体不同介质浓度冲蚀磨损性能失重曲线，，(a)5000:1600，(b)5000:2800，(c)5000:4000，(d)不同介质浓度失重。图11是本专利技术中复合涂层和基体同冲蚀角度冲蚀磨损性能失重曲线，(a)30°，(b)60°，(c)90°，(d)不同角度。图12是本专利技术中复合涂层和基体耐石油介质腐蚀性能曲线。图13是本专利技术中复合涂层和基体不同转速下在石油介质中动态腐蚀性能失重曲线，(a)200r/min，(b)300r/min，(c)400r/min，(d)不同转速条件下失重。图14是本专利技术中复合涂层和基体不同转速下在石油介质中冲蚀磨损性能失重曲线，(a)200r/min，(b)300r/min，(c)400r/min，(d)不同转速条件下失重。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术首先提供一种氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，具体步骤如下：第一步，基体的制备。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，其成分组成如表1所示。进行实验前，首先将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后用角磨机打磨，除去其表面的氧化皮和铁锈，最后用丙酮清洗其表面，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。表1Q235A钢的化学成分(Wt％)第二步，涂层材料的选取。选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素作为高熵合金的主元元素，各元素之间的原子半径差小于12％。设计Fe1AlCrCuCoTi0.4高熵合金配比，选用TiC作为复合材料的增强体，质量分数为5％～35％，即在高熵合金的基础上再添加5wt.％～35本文档来自技高网...

【技术保护点】
氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，第一步，基体的预处理；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，经过打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用；第二步，涂层材料的选取；选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素，设计Fe

【技术特征摘要】
1.氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，第一步，基体的预处理；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，经过打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用；第二步，涂层材料的选取；选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素，设计Fe1AlCrCuCoTi0.4高熵合金配比，在高熵合金的基础上再添加5wt.％～35wt.％的TiC；第三步，将涂层材料制备成预制块；将高熵合金粉末和TiC颗粒按照第二步中的配比混合均匀，压成预制块；将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h；第四步，氩弧熔覆得到高熵合金基复合涂层；将预制块置于基体表面，利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：焊接电流220～240A，焊接速度60～80mm·min-1，氩气流量6～7.5L·min-1，电弧长度2～4mm。2.根据权利要求1所述的氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。3.根据权利要求1所述的氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的氩弧熔覆的工艺及参数包括：焊接电流220A，焊接速度75mm·min-1，氩气流量6L·min-1，电弧长度3.5mm。4.根据权利要求1所述的氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马壮，董世知，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21