一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及其制备方法，复合材料涂层的组成为，以质量计包括Al：4‑6％，Fe：18‑22％，Cr：16‑19％，Co：16‑20％，Ni：19‑21％，Ti：6‑10％，另外还含有TiC，TiC占总材料的体积比为3‑7％。该复合材料涂层由于TiC颗粒在固溶体晶界发生偏聚，可以明显增大晶格畸变，提高涂层的力学性能。本发明专利技术提供的合金基复合材料及制备技术方案可以获得成型良好的涂层，在Q235钢表面能够得到高硬度、耐磨损和耐腐蚀的涂覆层。本发明专利技术工艺简单，易于实现，配合自动送粉器可以实现自动熔敷形成涂层，具有一定的实用价值。

TiC reinforced new AlFeCrCoNiTi alloy base composite coating for laser cladding and preparation method thereof

The invention relates to a new type of laser cladding AlFeCrCoNiTi alloy composite coating and preparation method for TiC reinforced composite materials, coatings, by mass including Al:4 6%, Fe:18 22%, Cr:16 19%, Co:16 20%, Ni:19 21%, Ti:6 10%, also contain TiC. TiC total material volume ratio of 3 7%. Because of the segregation of TiC particles at the grain boundaries of the solid solution, the mechanical properties of the coating can be obviously improved by the lattice deformation of the composite coating. The alloy base composite material and the preparation technical proposal provided by the invention can obtain a good forming coating, and can obtain a coating with high hardness, wear resistance and corrosion resistance on the surface of the Q235 steel. The invention has simple process and is easy to realize, and the automatic powder feeding device can be used for automatic deposition to form a coating, and has certain practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及制备方法
本专利技术涉及复合材料合金涂层
，具体涉及一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及制备方法。
技术介绍
传统合金设计理念是以某一种单一的主元素为基体，然后添加其它多种元素形成合金体系。但是添加的元素种类有限，一般认为添加元素过多会容易形成脆性金属间化合物，引起材料脆性破坏。Yeh于2004年首次报道了多组元高熵合金新材料的设计思想,指出高熵合金的组元可由5种或5种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比进行配置。由于该类型合金系统的混合熵极高，在凝固过程中可以抑制传统多元合金中脆性金属间化合物的析出。凝固后往往形成简单的体心或面心结构的固溶体，可大大降低多元合金体系的脆性，致使该类合金可具有高硬度、高的热稳定性、高耐腐蚀性、特殊电和磁性能等。迄今为止，高熵合金主要采用真空电弧炉熔炼和熔铸等方法制备，但是由于此类技术一般只能制备块状合金，并且凝固速率通常也不高。高熵合金一般含有较贵重的金属，成本昂贵，块状合金的使用会造成材料的浪费。有部分研究学者采用电化学沉积和磁控溅射制备高熵合金薄膜的方法，但这些方法所制备的薄膜厚度仅能达到微米尺度，难以发挥该类型合金在力学性能方面的优势。近期研究发现快速凝固可以在该类合金中获得单一的固溶体(FCC或BCC)。激光熔覆具有快速加热和快速凝固特点，制备的涂层厚度可达到毫米级，因此可以作为理想的熔敷手段，具有良好的应用前景。但是激光熔敷过程中会发生熔体对流等现象，造成成分不均匀，且有一定的元素烧损。另外，由于高熵合金系统的元素之间以及元素与基体之间的物理性能可能存在较大差异，如密度、热膨胀系数、熔点等，在熔敷过程中较难获得均匀的合金涂层，涂层的成型以及表面连续性也很难保证，无法直接用于实际生产。王艳平等采用电弧熔铸方法制备了内生TiC颗粒增强合金基复合材料，TiC成颗粒状均匀分布在基体上，获得了力学性能较高的高熵合金体。目前，还没有将合金基复合材料用于制备涂层，该专利技术专利将自行设计的合金基复合材料用于Q235钢表面，提高表面的硬度和耐磨性能，并获得了较连续的涂层表面。设计一种适合于激光熔敷的合金基复合材料涂层至关重要，该涂层必须具备良好的成型能力、抗氧化能力和表面连续性，且必须具备耐高温、耐腐蚀和高硬度等优异性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有激光熔敷合金涂层的不足，以及激光熔敷技术中存在的工艺缺陷，提供了一种激光熔敷用TiC增强合金基复合材料以及激光熔敷工艺，可以在Q235钢表面获得耐高温、耐腐蚀和高硬度的成型良好的涂层。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层，复合材料涂层的组成为，以质量计包括Al：4-6％，Fe：18-22％，Cr：16-19％，Co：16-20％，Ni：19-21％，Ti：6-10％，另外还含有TiC，TiC占总材料的体积比为3-7％。本专利专利技术的合金基复合材料，是以合金粉末作为基体相，同时添加TiC粉末作为增强相，TiC偏聚在固溶体晶界处，产生陶瓷相增强，同时对FCC或BCC固溶体晶格有挤压作用，使其发生晶格畸变，提高了涂层的硬度。本专利技术的合金粉末主要由Al、Fe、Cr、Co、Ni、Ti六种元素组成，按照等摩尔比或近等摩尔比进行配置，添加TiC粉末作为增强相，体积占比为3-7％。由于激光熔敷过程中会出现轻微元素烧损，因此按照以往的比例原则进行元素配比，会出现实际成分含量超出高熵的范畴。本专利技术专利设计的合金基复合材料涂层配比正是考虑到激光熔覆过程中基体对涂层的稀释以及各元素的烧损，通过调整个别元素的含量，保证在激光熔敷后得到的复合材料涂层比例依然在名义高熵合金范畴，可以发挥高熵合金所具备的耐腐蚀、耐高温和高硬度的优点。Fe、Co、Cr的原子半径非常接近，在范围内。Al的原子半径为由于Al原子半径偏大，会引起晶格畸变，TiC的添加进一步挤压晶格，加强了固溶强化作用，提高了涂层的力学性能。本专利技术的激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层的制备方法为：先将复合材料原料按比例配好，放入球磨罐中，其中金属粉末原料纯度≥99.9％，粒度≤60μm；TiC粉末原料纯度≥99.9％，粒度≤150μm。将球磨罐抽真空，然后充入氩气，把球磨罐固定在球磨机上，球磨时间10-15h，球磨机转速400-600转/分。球磨时间过半后，加入酒精进行湿磨。球磨结束后，取出烘干制粉，干燥箱温度设定100-120℃，干燥时间为8-12h。将Q235钢待熔敷表面进行前处理，去除氧化膜然后碱洗烘干，厚度2-5mm，不用粘结剂进行表面涂粉，利用薄钢板将合金粉末压制水平。利用高功率激光器进行熔敷，功率为1800-2800w，扫描速度80-120mm/min，光斑直径4mm，搭接率为50-60％，采用纯Ar气保护。先打开Ar气开关，调节阀门，将气体流量调至0.5-3L/min，让氩气垂直平缓下落至熔敷表面，以不吹散涂层粉末为准。之后再进行激光熔敷，结束时，先停止激光熔敷，后关掉氩气，保证熔敷涂层不被氧化。如采用自动送粉器，则送粉速率为7-12g/min，同样采用氩气保护。有益效果：(1)该复合材料涂层由于TiC颗粒在固溶体晶界发生偏聚，可以明显增大晶格畸变，提高涂层的力学性能。(2)本专利技术提供的合金基复合材料及制备技术方案可以获得成型良好的涂层，在Q235钢表面能够得到高硬度、耐磨损和耐腐蚀的涂覆层。(3)本专利技术专利工艺简单，易于实现，配合自动送粉器可以实现自动熔敷形成涂层，具有一定的实用价值。(4)本专利技术所提供的激光熔敷工艺可操作性强，可重复性强，能够在碳钢材料表面改性方面大力推广。附图说明图1实施例1-3中涂层硬度分布；图2实施例1中涂层XRD图谱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及制备方法，合金元素按质量百分比为，Al：4％，Fe：18％，Cr：17％，Co：17％，Ni：19％，Ti：7％；TiC体积占比：5％。将纯度不低于99.9％的上述合金粉末及TiC粉末按比例配好并混合，放入球磨罐中，将球磨罐抽真空，然后充入氩气，把球磨罐固定在球磨机上，球磨时间10h，球磨机转速400转/分。球磨5h后，加入酒精进行湿磨，结束后，取出烘干制粉，干燥箱温度设定100℃，干燥时间为8h。对Q235钢表面进行预处理，依次打磨、酸洗、碱洗和干燥。将球磨后的粉末预置在Q235钢表面，厚度2mm，利用薄钢板将合金粉末压制水平。利用高功率激光器进行熔敷，功率为1800w，扫描速度100mm/min，光斑直径4mm，搭接率为50％，采用纯Ar气保护。先打开Ar气开关，调节阀门，将气体流量调至0.5L/min。之后再进行激光熔敷，结束时，先停止激光熔敷，后关掉氩气，保证熔敷涂层不被氧化。如采用自动送粉器，则送粉速率为7g/min，同样采用氩气保护。按实施例1制备的合金基复合材料熔敷涂层，硬度高达810.5HV，XRD图谱显示，该涂层主要由简单的FCC固溶体构成。实施例2一种TiC增强新型AlFeCr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层，其特征在于：复合材料涂层的组成为，以质量计包括Al：4‑6％，Fe：18‑22％，Cr：16‑19％，Co：16‑20％，Ni：19‑21％，Ti：6‑10％，另外还含有TiC，TiC占总材料的体积比为3‑7％。

【技术特征摘要】
1.一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层，其特征在于：复合材料涂层的组成为，以质量计包括Al：4-6％，Fe：18-22％，Cr：16-19％，Co：16-20％，Ni：19-21％，Ti：6-10％，另外还含有TiC，TiC占总材料的体积比为3-7％。2.权利要求1所述的激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层的制备方法，其特征在于：1)将复合材料原料按质量比和体积比配好，放入球磨机里进行球磨，其中金属粉末原料纯度≥99.9％，粒度≤60μm；TiC粉末原料纯度≥99.9％，粒度≤150μm；2)球磨结束后，取出烘干制粉；3)将Q235钢待熔敷表面进行前处理，去除氧化膜然后碱洗烘干；4)将复合材料粉末预置在Q235钢表面，厚度2-5mm，不用粘结剂进行表面涂粉，利用薄钢板将合金粉末压制水平；5)利用高功率激光器进行熔敷，采用纯Ar气保护。3.根据权利要求2所述的激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，将复合材料原料按质量比和体积比配好，放入球磨罐中，将球磨罐抽真空，然后充入氩气，把球磨罐固定在球磨机上，球磨时间10-15h，球磨机转速400-600转/分。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：初雅杰，韩昕宸，杨少峰，杨宗辉，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32