一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV制造技术

本发明专利技术公开了一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV

【技术实现步骤摘要】
一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV
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高熵合金涂层以及方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面涂层制备的
，具体地说，涉及一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV
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高熵合金涂层的方法，及一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV
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高熵合金涂层的方法制得的涂层。

技术介绍

[0002]铁素体/马氏体钢具有优异的高温蠕变性能、抗中子辐照肿胀性能，且其热导率高、热膨胀系数小，在能源工业以及航空航天领域中具有广泛的应用，特别是其在铅铋合金冷却液中较低的溶解度倾向，铁素体/马氏体钢也是第四代铅基快堆堆芯组件的重要结构材料之一。但铁素体/马氏体钢的硬度及耐磨性较差，极大地削弱其服役可靠性。因此，考虑在铁素体/马氏体钢表面应用表面涂层技术，改善其硬度和耐磨性。
[0003]高熵合金一般认为至少由五种主要元素组成的合金，每种元素摩尔比为5％
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35％之间。高熵合金拥有传统合金所不具备的特性，即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应。此外，由于具有热力学上的高熵效应，其不会形成复杂的金属间化合物，相结构主要为固溶体结构，这使其具有许多优异性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决能源工业以及航空航天领域中广泛应用的铁素体/马氏体钢硬度和耐磨性较差的技术问题，提出了一种激光增材制造技术在铁素体/马氏体钢表面制备FeCrTiV
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高熵合金涂层以及方法，以弥补铁素体/马氏体钢硬度和耐磨性不足的缺陷，提升铁素体/马氏体钢的服役可靠性。
[0005]为了实现上述技术问题，本专利技术采取了以下的技术方案：
[0006]本专利技术的目的在于提供一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV
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高熵合金涂层的方法，具体是通过下述步骤完成的：
[0007]步骤一、去除铁素体/马氏体基板表面氧化皮，再用无水乙醇清洗，自然状态下干燥；
[0008]步骤二、对Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉分别过筛后真空干燥，按比例混合，再真空球磨；
[0009]步骤三、然后真空干燥，置于经步骤一处理的铁素体/马氏体基板表面，采用激光增材制造技术制备涂层，冷却至室温，打磨和抛光处理，即在铁素体/马氏体钢表面得到FeCrTiV
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高熵合金涂层。
[0010]进一步地限定，步骤一中依次使用400目、600目、800目、1000目、1500目和2000目砂纸打磨抛光以去除表面氧化皮。
[0011]进一步地限定，步骤二过筛至粒径<53μm。
[0012]进一步地限定，步骤二中Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉的质量纯度≥99.5％
[0013]进一步地限定，步骤二中按照Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉的摩尔比为2:2:2:1:1比例混合。
[0014]进一步地限定，步骤二中在60℃～80℃下真空干燥至少8h。
[0015]进一步地限定，步骤二真空磨球为钢球或者氧化锆球，球料比为(5～8):1，球磨转速机为1000r/min～2000r/min，球磨时间至少6h。
[0016]进一步地限定，步骤三激光增材制造技术参数：采用氩气为保护气体，激光功率P为500W～700W，扫描速度V为5mm/s～7mm/s，光斑直径D为2.5mm～3mm，搭接间距为1.8mm～2mm，氩气流量为5L/min～8L/min
[0017]进一步地限定，步骤三中预置粉厚度为2mm～5mm。
[0018]进一步地限定，步骤三中打磨和抛光处理是使用400目、600目、800目、1000目、1200目、1500目和2000目砂纸依次打磨抛光，再用金相抛光液打磨至镜面。
[0019]上述制备方法制得的涂层。
[0020]激光熔覆技术作为一种先进的材料表面涂层技术，具有极高的加热和冷却速率，能够抑制元素扩散，能够获得更佳均匀的组织。在实现粉末材料冶金化的过程中，激光熔覆技术对高熵合金形成元素的选择几乎没有任何限制，特别是可在低熔点金属表面熔覆高熔点合金，且熔覆粉末具有合金成分易调节的优点。因此激光熔覆技术具有制备高摘合金涂层的优势，是高熵合金熔覆层发展体系的重要方向之一。本专利技术采用激光增材在铁素体/马氏体钢基材表面制造高熵合金涂层的方法，是针对铁素体/马氏体钢硬度较低和耐磨性较差的不足，设计了具有体心立方(BCC)单相的FeCrTiV
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高熵合金涂层体系。本专利技术中Fe、Cr元素为BCC相的稳定结构，且与基材具备良好的元素互溶性，保证了涂层与基材之间良好的结合力；Ti、V元素具有较大的原子半径，在固溶体结构中可以增加晶格畸变效应，阻碍位错滑移，从而导致固溶强化，提高涂层体系的硬度；Ni元素是稳定面心立方相(FCC)的元素，在保证高熵合金涂层体系为BCC单相的同时，可在摩擦磨损时表现出良好的塑性，会起到减磨的效果。因此，设计的该种FeCrTiV
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高熵合金涂层体系可有效的提高铁素体/马氏体钢的硬度和耐磨性，保证其使役可靠性。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术使用激光增材制造技术在铁素体/马氏体钢基材表面制备了具有单一BCC相固溶体结构的FeCrTiV
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高熵合金涂层，组织均匀结构稳定，与基体具有良好的冶金结合，具有良好的宏观形貌，无裂纹、气孔等缺陷，并且获得涂层的性能较基材有了明显改善，具有较高的硬度，体现出良好的耐磨性。
[0023]本专利技术通过调整激光功率、扫描速度、预置粉厚度等相关参数可以有效控制涂层表面的致密性，进而得到理想硬度的涂层材料。
[0024]本专利技术通过激光增材制造技术在铁素体/马氏体钢基材制备了FeCrTiV
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高熵合金涂层，可以改善基材硬度，对其长时效服役的安全性和可靠性具有重要意义，是先进的、有效的铁素体/马氏体钢表面涂层改性方法；同时提供了一种设计兼具硬度和耐磨性的单一BCC相高熵合金理念的思路，具有广阔的发展潜力。
[0025]本专利技术应用于能源工业以及航空航天领域。
[0026]为了能够更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本专利技术加以限制。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1制备的FeCrTiV
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高熵合金粉末的表面SEM图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在铁素体/马氏体钢表面激光增材制造FeCrTiV
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高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述方法是通过下述步骤完成的：步骤一、去除铁素体/马氏体基板表面氧化皮，再用无水乙醇清洗，自然状态下干燥；步骤二、对Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉分别过筛后真空干燥，按比例混合，再真空球磨；步骤三、然后真空干燥，置于经步骤一处理的铁素体/马氏体基板表面，采用激光增材制造技术制备涂层，冷却至室温，打磨和抛光处理，即完成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中依次使用400目、600目、800目、1000目、1500目和2000目砂纸打磨抛光以去除表面氧化皮。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二过筛至粒径<53μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉的质量纯度≥99.5％，按照Fe粉、Cr粉、Ti粉、V粉、Ni粉的摩尔比为2:2:2:1:1比例混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，何明宇，康红军，卢松涛，李杨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：