一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法及装置制造方法及图纸

一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将高熵合金主元元素的氧化物或单质与铝粉混合获得铝热剂；(2)将步骤(1)中的铝热剂置于铝热反应器中，点燃铝热剂激发铝热反应得到合金熔体，搅拌翻滚流动分层、静置后得到底层高熵合金熔体与上层氧化铝熔渣；(3)将步骤(2)中的底层高熵合金熔体经喷射涂覆装置雾化成高熵合金熔滴，并喷射涂覆于一待涂覆基体表面得到含高熵合金涂层的复合材料。本发明专利技术还提供一种上述制备方法用的装置。本发明专利技术整个工艺过程设计构思巧妙，制备过程中能耗低、步骤简单、易于操作。

Method and device for preparing composite material containing high entropy alloy coating

A preparation method of a composite with high entropy alloy coating includes the following steps: (1) an aluminum heat agent is obtained by mixing the oxide or the single substance of the principal element element of the high entropy alloy with the aluminum powder; (2) the aluminum thermo agent in step (1) is placed in the aluminum heat reactor, and the aluminum thermo agent is ignited to get the aluminum heat to get the alloy melt, stirring and rolling the flow points. The high entropy alloy melt and the upper alumina slag were obtained after the statics. (3) the low-level high entropy alloy melt in step (2) was atomized into high entropy alloy droplets through the spray coating device, and the composite with high entropy alloy coating was sprayed on the surface of a pending substrate. The invention also provides a device for the above preparation method. The invention has ingenious design conception, low energy consumption, simple steps and easy operation.

【技术实现步骤摘要】
一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法及装置
本专利技术属于合金材料领域，尤其涉及一种含合金涂层的复合材料的制备方法、装置。
技术介绍
高熵合金被广泛的定义为由五种或以上的元素混合组成的等(近)原子比的固溶体合金，合金相结构简单，具有如高强度、高硬、较好的耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性等优异的性能，因而高熵合金日渐成为制备优异复合材料的优选材料。由于高熵合金的组元至少有5种，且各组元之间存在电位差，致使很难用电镀、化学镀的方法制备厚度均匀的涂层，目前国内外制备高熵合金涂层的主要研究的有激光熔覆、磁控溅射、热喷涂等，但这些方法都存在一定的局限性，如：制备工艺复杂、设备要求高、耗能大等。特别是这些方法难以制备出大厚涂层，而随着大型装甲板、耐热耐磨船甲板、大型模具、耐蚀容器的应用日益广泛，对大面积厚涂层的功能性多层复合材料提出了迫切的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种工艺步骤简单、设备简单、成本低廉的含高熵合金大厚涂层的复合材料、特别多层复合板材的制备方法，并相应提供一种制备用的装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将高熵合金主元元素的氧化物或单质与铝粉混合获得铝热剂，其中，所述主元元素的氧化物或单质中至少包含一种主元元素的氧化物；(2)将步骤(1)中的铝热剂置于铝热反应器中，点燃铝热剂激发铝热反应得到合金熔体，搅拌翻滚流动分层、静置后得到底层高熵合金熔体(其中也会残留有亚微米级的氧化铝，但此亚微米级弥散分布的颗粒为硬质相，可以提高高熵合金的强度与耐磨性能，对涂层的性能是有益的)与上层氧化铝熔渣；(3)将步骤(2)中的底层高熵合金熔体经喷射涂覆装置雾化成高熵合金熔滴，并喷射涂覆于一待涂覆基体表面得到含高熵合金涂层的复合材料。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述铝热剂中还添加有预合金粉末，所述预合金粉末为至少两个主元元素组成的合金粉末，所述预合金粉末与主元元素单质的加入总量占所述铝热剂质量的10～30％。添加预合金粉末有以下好处：1、预合金粉末使高熵合金的合金化过程更为容易；2、预合金粉末的熔点可以依据合金成分进行调整，通过添加预合金粉末可以用来调整合金熔体温度；3、反应体系中各反应的平均负焓值需大于320KJ/mol，为了达到这一目的，必须调整氧化物的数量(如增加高负焓反应物摩尔数、降低低负焓值反应物摩尔数)，预合金粉末可以很好的补充补偿上述为了调整平均反应焓所导致的合金成分不足的情况，使合金达到高熵合金的成分要求；4、添加单质和预合金粉末的数量较多，为反应物的10％～30％之间，可尽量减少铝热反应的三氧化二铝产物的数量，以保证反应后高熵合金熔体与氧化铝熔渣能顺利分离，使得氧化铝熔渣顺利排出。但是预合金粉末的加入量不能太多，否则会导致高熵合金熔体的温度过低，不利于后续排渣和喷射涂覆，预合金粉末的加入量可以通过放热吸热的热平衡方程进行计算得到。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述铝粉为活性在98％以上的活性铝粉，所述主元元素的氧化物为四氧化三铁、三氧化二铁、三氧化二铬、三氧化二钴、二氧化锰、五氧化二钒等高熵合金所需元素氧化物，所述主元元素的单质为铁、铬、钴、锰、钒等，所述预合金粉末为至少两个主元元素组成的合金粉末，所述主元元素的特征为其金属活性位于铝元素之后，所述主元元素与铝粉的配比按高熵合金的要求进行配比。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述铝热剂中还添加有反应助剂，所述反应助剂为KClO4、K2CrO7和KMnO4中的一种或几种。加入反应助剂的目的在于为反应体系提供更多的反应热，用于补充铝热反应热量可能不足的情况，同时所述副反应产生的K2O、KCl等气体对熔体起着搅拌翻滚作用。反应助剂的加入量应在保证反应能够顺利进行的基础上尽量少加。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述高熵合金涂层的厚度为5～10mm。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述铝热剂中还添加有排渣附加剂，所述排渣附加剂为SiO2和/或CaO，所述排渣附加剂的加入质量为所述氧化铝熔渣质量的1％～5％。加入排渣附加剂可以增加氧化铝渣化、上浮的速度。所述渣化为SiO2和/或CaO等与Al2O3形成流动性好Al2O3-CaO或Al2O3-CaO-SiO2低熔点复合氧化物。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，将所述铝热剂置于铝热反应器之前，先将所述铝热反应器预热至300～700℃，首先将铝热反应器预热可以提高整个反应体系的温度，增加反应体系的热量值。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中静置的时间为5～15s，使静置后熔体温度为1800～2000℃。静置5～15s可保证氧化铝熔渣充分上浮，静置时间太短，浮渣上浮不够充分，静置时间太长，合金熔体温度会太低，不利于后续喷射涂覆。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中氧化铝熔渣排除的条件为：熔体温度要高约2400±50℃，该温度在氧化铝的熔点2054℃以上，使其成为熔渣上浮，为达到所述温度，优化的，添加KClO4和K2CrO7和/或KMnO4产生放热副反应，同时优化的，添加CaO和/或SiO2降低Al2O3熔点，即形成低熔点的Al2O3-CaO或Al2O3-CaO-SiO2，静置后待熔体温度在1800～2000℃时开始喷射。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述喷射涂覆前先将所述待涂覆基体表面预热至400～800℃，且控制被预热的表面厚度为0.2～0.5mm。上述预热方法可以采用高频感觉加热装置且于加热待涂覆基体表面，预热待涂覆基体表面且控制被预热表面的厚度其目的在于提高待涂覆基体表面温度，保证雾化液滴对待涂覆基体的重熔而实现冶金结合，同时只预热待涂覆基体表面，可避免待涂覆基体整体加热后高温退火而恶化组织或性能。上述含高熵合金涂层的复合材料的制备方法中，优选的，所述步骤(3)中喷射涂覆时，雾化气体的气压为0.3～0.8Mpa，雾化角度为0°～30°，所述待涂覆基体的移动速率为5～30mm/s，所述喷射涂覆装置的喷嘴(如导液管)与待涂覆基体表面的高度为50～200mm，喷嘴内径(如导液管下端内径)为3～8mm。喷射涂覆时，涂层是喷射沉积产生的，因此涂层厚度也就是喷射沉积过程中沉积层的厚度。单道次沉积层的厚度控制在5～10mm主要依赖于单位时间、单位面积上喷射到基体的能够沉积下来熔体质量。单位时间喷射到待涂覆基体的熔体质量决定于导液管的直径，也部分决定于金属熔体的流动性(熔体的温度和成分)。单位面积上喷射到基体的熔体质量决定于雾化锥的面积，即雾化角度和雾化高度。“能够沉积下来熔体质量”决定于雾化效果和雾化高度，雾化过于充分或雾化高度过高，液滴冷却快就变成了固体颗粒会被溅射出，沉积不下来，理想的雾化效果是雾化成半固态“液滴”，既保证了不会流动又可以沉积下来，而雾化效果决定于雾化气压、雾化气体流量、雾化气体温度等参数，只有将各参数控制在上述限定范围内才有可能实现高熵合金熔体的沉积。上述含高熵合金涂层的复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高熵合金主元元素的氧化物或单质与铝粉混合获得铝热剂，其中，所述主元元素的氧化物或单质中至少包含一种主元元素的氧化物；(2)将步骤(1)中的铝热剂置于铝热反应器中，点燃铝热剂激发铝热反应得到合金熔体，搅拌翻滚流动分层、静置后得到底层高熵合金熔体与上层氧化铝熔渣；(3)将步骤(2)中的底层高熵合金熔体经喷射涂覆装置雾化成高熵合金熔滴，并喷射涂覆于一待涂覆基体表面得到含高熵合金涂层的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高熵合金主元元素的氧化物或单质与铝粉混合获得铝热剂，其中，所述主元元素的氧化物或单质中至少包含一种主元元素的氧化物；(2)将步骤(1)中的铝热剂置于铝热反应器中，点燃铝热剂激发铝热反应得到合金熔体，搅拌翻滚流动分层、静置后得到底层高熵合金熔体与上层氧化铝熔渣；(3)将步骤(2)中的底层高熵合金熔体经喷射涂覆装置雾化成高熵合金熔滴，并喷射涂覆于一待涂覆基体表面得到含高熵合金涂层的复合材料。2.根据权利要求1所述的含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝热剂中还添加有预合金粉末，所述预合金粉末为至少两个主元元素组成的合金粉末，所述预合金粉末与主元元素单质的加入总量占所述铝热剂质量的10～30％。3.根据权利要求1所述的含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝热剂中还添加有反应助剂和排渣附加剂，所述反应助剂为KClO4、K2CrO7和KMnO4中的一种或几种，所述排渣附加剂为SiO2和/或CaO，所述排渣附加剂的加入质量为所述氧化铝熔渣质量的1％～5％。4.根据权利要求1所述的含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，所述高熵合金涂层的厚度为4～10mm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的含高熵合金涂层的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将所述铝热剂置于铝热反应器之前，先将所述铝热反应器预热至300～700℃。6.根据权利要求1～4中任一项所述的含高熵合金涂层的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，苏斌，沈书成，朱立华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43