一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，通过先在热作模具钢材料上分别激光熔覆FeCoCrNiMn与FeCoCrNiMnAl

【技术实现步骤摘要】
一种FCC
—
BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，更加具体地说，涉及一种FCC/BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法。

技术介绍

[0002]热作模具钢的用途非常广泛，是工业生产中工艺装备的基础，因为其生产制造出的高生产率、高精度和低消耗的零件是其它加工工艺方法所不能比较的。热作模具钢作为使用最为广泛的模具钢之一，需要具备的工艺性能主要有：可加工性、淬硬性、耐磨性、热抗震性能等。
[0003]在生产实际中，H13热作模具钢需要承受巨大的载荷以及磨损、冲蚀、热疲劳和应力腐蚀等共同作用，这样往往会导致H13热作模具钢在生产中极其容易破坏，从而增加生产成本。传统的处理H13钢表面的强化方法已经无法满足生产中高硬度、耐腐蚀及耐高温氧化等实际中的要求。
[0004]高熵合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、抗高温蠕变、耐高温氧化、耐腐蚀和电磁等特性组合。而且由于高熵合金成分的可设计性，使得性能具有“鸡尾酒”效应，其应用层面多彩多姿。
[0005]因此，采用激光熔覆的方法在H13上制备FeCoCrNiMnAl高熵合金激光熔覆层可以同时满足高硬度，高耐腐蚀性能，高耐高温氧化性能等特点。但是，由于FeCoCrNiMnAl高熵合金激光熔覆层硬度过高，且H13钢可焊性差，熔覆层经常出现开裂情况，是目前该技术亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种FCC/BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，实现了FeCoCrNiMnAl高熵合金的粉末制备，改变了原有熔覆层开裂问题并成功提高了其硬度。
[0007]本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，以H13钢为基板通过逐层激光熔覆，以在H13钢表面形成梯度材料，按照下述步骤进行：
[0009]步骤1，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn粉末按照摩尔比1：1：1：1：1比例配置完成后获得的粉末设置在基板表面进行第一层激光熔覆，以得到第一层梯度材料；
[0010]在步骤1中，将基板表面打磨直至无氧化物，使用有机溶剂将表面的油污和脏污清洗干净之后，进行粉末的设置。
[0011]在步骤1中，激光熔覆工艺为搭接率40～60％，激光功率为1300W～1700W，扫描速度5～9mm/s，光斑直径2～4mm，氮气保护气流量1～2L/min。
[0012]步骤2，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al粉末按照摩尔比1：1：1：1：1：0.5的比例配置后获得的粉末设置在第一层梯度材料上进行第二层激光熔覆，以得到第二层梯度材料；
[0013]在步骤2中，将第一层梯度材料表面打磨直至无氧化物，使用有机溶剂将表面的油污和脏污清洗干净之后，进行粉末的设置。
[0014]在步骤2中，激光熔覆工艺为搭接率40～60％，激光功率为1400W～1800W，扫描速度5～10mm/s，光斑直径2～5mm，氮气保护气流量1～3L/min。
[0015]步骤3，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al粉末按照摩尔比1：1：1：1：1：1的比例配置后获得的粉末设置在第二层梯度材料上进行表面层激光熔覆，以得到表面层材料
[0016]在步骤3中，将第二层梯度材料表面打磨直至无氧化物，使用有机溶剂将表面的油污和脏污清洗干净之后，进行粉末的设置。
[0017]在步骤3中，激光熔覆工艺为搭接率40～60％，激光功率为1300W～1800W，扫描速度5～10mm/s，光斑直径2～4mm，氮气保护气流量1～3L/min。
[0018]在上述技术方案中，每一步的激光熔覆方向为平行于基板轧制方向或者垂直于基板轧制方向，且相邻两步之间的激光熔覆方向不相同。
[0019]在上述技术方案中，优选步骤1采用平行于基板轧制方向进行激光熔覆，步骤2采用垂直于基板轧制方向进行激光熔覆，步骤3采用平行于基板轧制方向进行激光熔覆。
[0020]在上述技术方案中，纯度为99.9％的Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al球形粉末进行原料混合，球形粉末的粒度为50～150μm区间。
[0021]在上述技术方案中，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al球形粉末按照要求的比例摩尔比混合均匀，将混合均匀的所述球形粉末在真空烘干机烘干，烘干完成后密封保存。
[0022]本专利技术还公开了依据上述方法得到的双相高熵合金梯度材料，设置在H13钢上，FeCoCrNiAl熔覆层中含有FCC+BCC两种相，不产生裂纹，硬度到达590—610HV。
[0023]使用本方法堆叠方式可成功在热作模具钢上制作FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层。有效避免熔覆层开裂问题，使FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层物相组分可控；可形成有效缓解热应力的过渡层，同时FeCoCrNiMnAl高熵合金的硬度得到了大大强化。使用能谱仪进行了成分检测，从成分来看满足高熵合金的定义。采用本方法制备的FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层无应力拘束产生开裂的情况，并减少了基体对FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层的稀释，有效提高该熔覆层材料制备质量，该熔敷层硬度较直接熔敷FeCoCrNiMnAl高熵合金的熔敷层硬度提高30～40％，并无裂纹。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1中步骤4激光熔覆完成后的试样表面照片。
[0025]图2是本专利技术实施例1中步骤4激光熔覆完成后的试样截面照片。
[0026]图3是本专利技术技术方案中过渡层材料和工艺示意图。
[0027]图4是本专利技术获得FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层试样表面渗透检测结果照片。
[0028]图5是本专利技术的对比例—热作模具钢直接激光熔覆FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层试样渗透检测结果照片。
[0029]图6是本专利技术技术方案获得FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层XRD检测结果谱线图。
[0030]图7是本专利技术的对比例获得FeCoCrNiMnAl高熵合金熔覆层XRD检测结果谱线图。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0032]实施例一
[0033]步骤1，原料混合，纯度为99.9％的Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al球形粉末，所述球形粉末的粒度为100μm区间，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al球形粉末分别按照要求的摩尔比混合均匀，将混合均匀的所述球形粉末在真空烘干机烘干，烘干完成后密封保存；
[0034]步骤2，第一层梯度材料制备，基板采用H13钢(4Cr5MoSiV)热作模具钢，将基板表面打磨直至无氧化物，用有机溶剂将表面的油污和脏污清洗干净，将所述步骤1中的Fe、Co、Cr、Ni、Mn粉末按照1：1：1：1：1的摩尔比例配置完成后获得的所述球形粉末铺值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，以H13钢为基板通过逐层激光熔覆，以在H13钢表面形成梯度材料，按照下述步骤进行：步骤1，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn粉末按照摩尔比1：1：1：1：1比例配置完成后获得的粉末设置在基板表面进行第一层激光熔覆，以得到第一层梯度材料；步骤2，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al粉末按照摩尔比1：1：1：1：1：0.5的比例配置后获得的粉末设置在第一层梯度材料上进行第二层激光熔覆，以得到第二层梯度材料；步骤3，将Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Al粉末按照摩尔比1：1：1：1：1：1的比例配置后获得的粉末设置在第二层梯度材料上进行表面层激光熔覆，以得到表面层材料；每一步的激光熔覆方向为平行于基板轧制方向或者垂直于基板轧制方向，且相邻两步之间的激光熔覆方向不相同。2.根据权利要求1所述的一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，激光熔覆工艺为搭接率40～60％，激光功率为1300W～1700W，扫描速度5～9mm/s，光斑直径2～4mm，氮气保护气流量1～2L/min。3.根据权利要求1所述的一种FCC—BCC双相高熵合金梯度材料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，激光熔覆工艺为搭接率40～60％，激光功率为1400W～1800W，扫描速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡绳荪，崔妍，申俊琦，耿可屏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：