一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用，高熵合金涂层的组成成分及原子比如下：CoCrFeMnNiTi

A high hardness and high entropy alloy coating and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用，属于高熵合金

技术介绍
等原子比CoCrFeMnNi高熵合金的机械性能(强度、硬度、热稳定性、耐腐蚀性、低温力学性能等)和物理性能(磁性能)相继被深入研究。经过研究发现，FCC固溶体结构的CoCrFeMnNi高熵合金具有优异的热稳定性和耐蚀性，但是其强度和硬度较低，耐磨性能差，尤其是摩擦温度对CoCrFeMnNi高熵合金涂层的磨损性能影响较大。磨损是导致零部件失效的主要原因之一，研究材料的磨损规律并提高其耐磨性，对减少材料损耗、延长机件寿命具有重要意义。因此研究高熵合金在不同温度条件下的摩擦学行为，对于其在航空航天、高速轨道列车等热端磨损部件设计和现役装备热端磨损部件的修复及优化升级设计方面具有很大的意义。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术提供一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高硬度高熵合金涂层，组成成分及原子比如下：CoCrFeMnNiTixVy，其中x＝0.3～1，y＝0.1～1。优选地，x:y＝(0.5～1):1。进一步优选地，x:y＝1:1。CoCrFeMnNi高熵合金粉末为球形，球形粉末粒径为53～150μm，纯度大于99.5wt.％；Ti粉末为球形或椭圆形，粒径为19～80μm，纯度大于99.9wt.％；V粉末为不规则的菱形，粒径为5～30μm，纯度大于99.9wt.％。一种高硬度高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤，S01，混粉：将配制好的CoCrFeMnNiTixVy合金粉末置于混合机中混粉至少4h，混粉频率为50～100Hz；S02，干燥：将混粉后的合金粉末置于干燥箱中70～80℃保温4～6h，备用；S03，基体材料的预处理：利用预磨机对基体材料表面进行打磨处理，去除表面氧化皮及杂质，同时使表面平整化，最后用酒精超声清洗至少15min并烘干备用；S04，熔覆涂层：采用等离子熔覆技术，在预处理后的基体材料表面制备高熵合金涂层。所述基体材料为Q235钢块，其尺寸为100mm×100mm×20mm。所述等离子熔覆技术的参数为：工作电流：130～190A；工作电压：25～40V；等离子弧前进速度：75～130mm/min；等离子弧摆动速度：900～1500mm/min；送粉速率：5～20g/min；离子气速率：1.2～3.5L/min；送粉气速率：1.5～4.2L/min；保护气速率：6～12L/min；离子气、送粉气和保护气均为氩气。一种高硬度高熵合金涂层在耐高温摩擦磨损材料中的应用。所述耐高温摩擦磨损材料包括铣刀涂层、高温转轴涂层或高温摩擦盘涂层。所述耐高温摩擦磨损材料的耐高温区间为25～600℃。优选为25～200℃。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层的平均硬度达到了942.8HV0.3，是基体Q235钢的7.5倍。涂层的耐磨性随着摩擦温度的升高先增加后减小，在200℃时表现出最好的高温耐磨性能，体积磨损率最小，为0.199×10-5mm3·N-1·m-1。2、等离子熔覆CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层由富V的BCC1相和富Ti的BCC2相组成，其凝固组织为胞状枝晶结构。3、添加元素作为添加元素，对CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层的组织结构和力学性能有着显著的影响。典型的FCC结构CoCrFeMnNi高熵合金添加了Ti、V后，转变为BCC1相和BCC2相，BCC1相和BCC2相为硬度增强相，其平均硬度达到了942.8HV0.3。4、本专利技术揭示了涂层的高温磨损机制及损伤行为，为高熵合金涂层在苛刻环境中的服役提供了参考。附图说明图1为CoCeFeMnNi高熵合金粉末与涂层的XRD谱图；图2为CoCrFeMnNi高熵合金涂层的截面显微组织图；图3为CoCrFeMnNi高熵合金涂层的截面硬度和纳米压痕载荷-位移曲线图；图4为CoCrFeMnNi高熵合金涂层在不同温度条件下摩擦系数随时间的变化曲线图；图5为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层的XRD谱图；图6为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层的截面显微组织形貌图；图7为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层的截面硬度分布图和纳米压痕载荷-位移曲线图；图8为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层在不同温度条件下的摩擦系数图；图9为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层磨损区的三维轮廓扫描形貌图；其中，(a)25℃；(b)200℃；(c)400℃；(d)600℃；图10为本专利技术根据图9作出的磨损区截面磨损宽度和磨痕深度变化曲线图；图11为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层在不同温度条件下的体积磨损率图；图12为本专利技术中CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层在不同温度条件下的磨损表面形貌图；其中(a)25℃；(b)200℃；图13为图12中A区和B区的CoCrFeMnNiTiV高熵合金涂层磨损表面微区EDS能谱分析图，其中，(a)25℃；(b)200℃。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种高硬度高熵合金涂层，组成成分及原子比如下：CoCrFeMnNiTixVy，其中x＝0.3～1，y＝0.1～1。优选地，x:y＝(0.5～1):1。进一步优选地，x:y＝1:1。即，本实施例中高熵合金涂层的组成为：CoCrFeMnNiTiV。CoCrFeMnNi高熵合金粉末为球形，球形粉末粒径为53～150μm，纯度大于99.5wt.％；Ti粉末为球形或或椭圆形，粒径为19～80μm，纯度大于99.9wt.％；V粉末为不规则的菱形，粒径为5～30μm，纯度大于99.9wt.％。一种高硬度高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤，S01，混粉：将配制好的CoCrFeMnNiTiV合金粉末置于混合机中混粉至少4h，混粉频率为50～100Hz；S02，干燥：将混粉后的合金粉末置于干燥箱中70～80℃保温4～6h，备用；S03，基体材料的预处理：利用预磨机对基体材料表面进行打磨处理，去除表面氧化皮及杂质，同时使表面平整化，最后用酒精超声清洗至少15min并烘干备用；S04，熔覆涂层：采用等离子熔覆技术，在预处理后的基体材料表面制备高熵合金涂层。所述基体材料为Q235钢块，其尺寸为100mm×100mm×20mm。所述等离子熔覆技术的参数为：工作电流：175A；工作电压：28.6V；等离子弧前进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度高熵合金涂层，其特征在于：组成成分及原子比如下：CoCrFeMnNiTi

【技术特征摘要】
1.一种高硬度高熵合金涂层，其特征在于：组成成分及原子比如下：CoCrFeMnNiTixVy，其中x＝0.3～1，y＝0.1～1。


2.根据权利要求1所述的一种高硬度高熵合金涂层，其特征在于：x:y＝(0.5～1):1。


3.根据权利要求1所述的一种高硬度高熵合金涂层，其特征在于：x:y＝1:1。


4.根据权利要求1所述的一种高硬度高熵合金涂层，其特征在于：CoCrFeMnNi高熵合金粉末为球形，球形粉末粒径为53～150μm，纯度大于99.5wt.％；Ti粉末为球形或椭圆形，粒径为19～80μm，纯度大于99.9wt.％；V粉末为不规则的菱形，粒径为5～30μm，纯度大于99.9wt.％。


5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种高硬度高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S01，混粉：将配制好的CoCrFeMnNiTixVy合金粉末置于混合机中混粉至少4h，混粉频率为50～100Hz；
S02，干燥：将混粉后的合金粉末置于干燥箱中70～80℃保温4～6h，备用；
S03，基体材料的预处理：利用预磨机对基体材料表面进行打磨处理，去...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保森，张显程，程江波，王章忠，朱帅帅，俞亚秋，张志佳，陆雯婷，沈天瀛，
申请(专利权)人：南京工程学院，华东理工大学，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32