一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，在低碳钢表面采用等离子束氩气保护下加热熔覆一定比例的镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉组成的混合粉末，由于主要组元为五元以上，可以形成以固溶体为主的高熵合金，在熔覆过程中具有高熵合金的迟滞效应，并且粉末大多为预合金粉，具有熔点较低，迟滞效应有利于形成细小的Cr7C3和细小的晶粒，获得耐磨性好的高熵合金涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法
本专利技术属于高能束表面处理领域，特别涉及采用等离子熔覆制备高熵合金耐磨复合涂层的方法。
技术介绍
在工程机械、航空航天、汽车、地质勘探等工业中，大量零部件处在磨损、腐蚀等条件下，为提高其耐磨性、耐蚀性，通常采用表面改性或制备涂层的方法。其中Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等为常用的热喷涂或熔覆合金材料，其增强相为(Cr,Fe)7C3，其耐磨性、工艺性等较好，固溶有大量的Cr使得涂层具有较好的耐蚀性。高熵合金为由五个以上的元素组元组成，并按照接近于等原子比合金化的合金，具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能，如高硬度、高韧性、高耐磨、耐腐蚀性、高强度等，特别适合于制备涂层。采用固溶Cr的面心立方结构高熵合金具有良好的耐蚀性和韧性，添加Cr7C3作为增强相，具有良好的耐蚀性和耐磨性，为进一步降低初生Cr7C3的尺寸，采用超声波辅助熔覆使得Cr7C3在凝固过程中打碎已形成的枝晶，在涂层中生成大量的晶核，以及高熵合金的粘滞效应，能够降低凝固过程中Cr7C3和面心立方结构晶粒的尺寸，有利于提高涂层的韧性和耐磨性。等离子束是一种电弧能量高度集中低成本的高能束，通过将电弧机械压缩，弧柱温度可达10000-24000K，并且对待熔覆的基体有一定的“挖掘”作用，有利于涂层的均匀，但同时也会熔化部分钢基体导致稀释原先的涂层成分，采用等离子熔覆具有成本低的优势。
技术实现思路
本专利技术解决低碳钢表面涂层耐磨性差的缺点，目的是提高低碳钢表面耐磨性、耐蚀性，采用的制作方法包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污。步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；其中镍铬硼硅粉成分的质量百分比为Cr：14-17，B：2.5-4.5，Si：3-4.5，C：0.6-1.0，其余为Ni，粒度为30-300μm；铜粉的纯度为99.5-100%，粒度为30-300μm；低碳铬铁粉成分的质量百分比为C：0.1-0.2%，Cr：50-70%，其余为Fe，粒度为30-300μm；高碳锰铁粉的质量百分比为Mn：62-85；C：7.0-8.0；Si：1.5-2.5，其余为铁，粒度为30-300μm；混合粉中镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉的质量百分比为：10-12：10-12：8-10：10-12。其中的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.5-3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空20-30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260-300r/min，倒向频率30-45Hz，进行球磨混料时间为60-80分钟。步骤三、将混合粉末与压敏胶按一定比例混合制成熔覆粉，将其涂覆到低碳钢基体表面，涂覆厚度为0.8-1.2cm，在100-120℃烘干1.5-2h。步骤四、采用等离子束在超声波辅助下对熔覆粉加热进行熔覆，冷却后即为耐磨涂层。其中等离子束熔覆工艺参数为：氩气作为保护气及电离气体，熔覆电流为100-160A，工作电压20-40V，扫描速度为3-6mm/s，氩气作为保护气的流量为0.9-1.5m3/h，氩气作为电离的流量为0.7-1.3m3/h，喷嘴距待处理表面的距离为0.7-1.3cm。超声波辅助熔覆装置，在低碳钢基体上安置超声波换能器；在等离子束加热至熔覆粉末开始融化时，超声波换能器启动，低碳钢基体随超声波换能器一起振动，通过超声波振动辅助形成熔覆涂层，直到熔覆完成。超声波换能器连接有超声波发生器，超声波换能器的输出功率为0.2-2kW，超声波换能器工作频率为20-100kHz，超声波换能器输出振幅为1-30μm。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的工艺方法采用高熵合金作为耐磨涂层的基体，能够充分利用其特有的扩散速度慢、对成分变化不敏感的特性，使涂层具有更高的韧性、强度和耐磨性。（2）本专利技术所要解决的问题是采用固溶Cr的高熵合金涂层，具有较高耐蚀性，作为增强相的Cr7C3具有良好的耐磨性。（3）采用超声波进行辅助熔覆具有形成均匀细小的Cr7C3和晶粒细小的特点。（4）考虑到钢基体的成分主要是Fe，在熔覆过程中会因钢基体的熔化增加涂层中的Fe含量，从而可以适当降低熔覆粉中Fe的添加量，结合熔覆工艺参数，实现了涂层耐磨性、耐蚀性良好的优点。具体实施方式实施例1：步骤一、选取将要强化的Q235零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；其中镍铬硼硅粉成分的质量百分比为Cr：14-17，B：2.5-4.5，Si：3-4.5，C：0.6-1.0，其余为Ni，粒度为30-300μm；铜粉的纯度为99.5-100%，粒度为30-300μm；低碳铬铁粉成分的质量百分比为C：0.1-0.2%，Cr：50-70%，其余为Fe，粒度为30-300μm；高碳锰铁粉的质量百分比为Mn：62-85；C：7.0-8.0；Si：1.5-2.5，其余为铁，粒度为30-300μm；镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉的质量百分比为：10：10：8：10。其中的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.5∶1，密封后打开真空阀抽真空30分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为260r/min，倒向频率45Hz，进行球磨混料时间为80分钟。步骤三、将混合粉末与压敏胶按一定比例混合制成熔覆粉，将其涂覆到低碳钢基体表面，涂覆厚度为0.8cm，在100℃烘干1.5h。步骤四、采用等离子束在超声波辅助下对熔覆粉加热进行熔覆，冷却后即为耐磨涂层。其中等离子束熔覆工艺参数为：氩气作为保护气及电离气体，熔覆电流为160A，工作电压40V，扫描速度为6mm/s，氩气作为保护气的流量为1.5m3/h，氩气作为电离的流量为1.3m3/h，喷嘴距待处理表面的距离为1.3cm。超声波辅助熔覆装置，在低碳钢基体上安置超声波换能器；在等离子束加热至熔覆粉末开始融化时，超声波换能器启动，低碳钢基体随超声波换能器一起振动，进行超声波振动辅助熔覆涂层，直到熔覆完成。超声波换能器连接有超声波发生器，超声波换能器的输出功率为2kW，超声波换能器工作频率为100kHz，超声波换能器输出振幅为30μm。经实验表明，等离子熔覆涂层形貌光滑、基本无气孔、裂纹等缺陷，涂层组织为晶粒细小、成分均匀的树枝晶组织，并且在FCC的高熵合金基体中分布着细小的Cr7C3。涂层的耐磨性为Q235钢的4.5倍。实施例2：步骤一、选取将要强化的低碳钢Q195零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；其中镍铬硼硅粉成分的质量百分比为Cr：14-17，B：2.5-4.5，Si：3-4.5，C：0.6-1.0，其余为Ni，粒度为30-300μm；铜粉的纯度为99.5-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；步骤三、将混合粉末与压敏胶按一定比例混合制成熔覆粉，将其涂覆到低碳钢基体表面，涂覆厚度为0.8‑1.2 cm，并烘干；步骤四、采用等离子束在超声波辅助下对熔覆粉加热进行熔覆，冷却后即为耐磨涂层。

【技术特征摘要】
1.一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢零件表面作为基体，并对其表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈，用酒精或丙酮清除表面的油污；步骤二、将镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉按一定比例用球磨机进行球磨混合，组成混合粉末；步骤三、将混合粉末与压敏胶按一定比例混合制成熔覆粉，将其涂覆到低碳钢基体表面，涂覆厚度为0.8-1.2cm，并烘干；步骤四、采用等离子束在超声波辅助下对熔覆粉加热进行熔覆，冷却后即为耐磨涂层。2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，其特征在于：所述的镍铬硼硅粉成分的质量百分比为Cr：14-17，B：2.5-4.5，Si：3-4.5，C：0.6-1.0，其余为Ni，粒度为30-300μm；铜粉的纯度为99.5-100%，粒度为30-300μm；低碳铬铁粉成分的质量百分比为C：0.1-0.2%，Cr：50-70%，其余为Fe，粒度为30-300μm；高碳锰铁粉的质量百分比为Mn：62-85；C：7.0-8.0；Si：1.5-2.5，其余为铁，粒度为30-300μm；混合粉末中镍铬硼硅粉、铜粉、低碳铬铁粉和高碳锰铁粉的质量百分比为：10-12：10-12：8-10：10-12。3.根据权利要求1所述的一种超声波辅助等离子束熔覆高熵合金涂层的方法，其特征在于：所述的球磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金斌，马振武，冯杰，殷振，吴永忠，朱其新，汪帮富，蒋全胜，刘威，张旺玺，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32