一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于水利水电机械装备防护涂层领域，具体涉及一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层及其制备方法。方法包括如下步骤：按照一定的质量比称取镍包多颗纳米氧化铝粉末和AlCoCrFeNi高熵合金粉末，将其进行机械混合；对基体进行预处理；采用激光熔覆技术在马氏体不锈钢基体上制备镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层。本发明专利技术利用激光熔覆方法制备出具有仿生结构的镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层，突破了传统陶瓷颗粒增强金属基涂层韧性降低的问题，实现高强度与高韧性协调统一，显著提高水轮机、水泵等水利水电机械过流部件抗冲蚀耐气蚀性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于水利水电机械装备防护涂层领域，具体涉及一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]冲蚀和气蚀破坏是水利水电机械设备如水轮机、水泵等过流部件常见失效形式之一，每年造成重大的经济财产损失，因而深入探究有效的防护方法，提高设备的抗冲蚀耐气蚀性能，进而提升设备的使用寿命，具有重要的现实意义。表面涂层可以有效解决这个问题，制备抗冲蚀耐气蚀涂层可以有效提高过流部件的综合性能和使用寿命。
[0003]高熵合金是一种多主元合金，其是由四种或四种以上的金属元素组合而成的合金，因其独特的合金成分和组织结构，高熵合金具有高硬度和优异的耐磨损耐腐蚀性能，AlCoCrFeNi高熵合金作为一种典型的高熵合金，其抗冲蚀耐气蚀性能有待提高。通过将硬质陶瓷粉末颗粒添加到高熵合金涂层中作为强化相，可以有效改善高熵合金涂层的冲蚀磨损性能，但是由于陶瓷粉末与金属材料的物理性能差异较大，其界面容易成为裂纹的萌生源，导致涂层发生开裂而失效。因此，如何改善陶瓷颗粒与金属界面性能，降低涂层的裂纹敏感性，实现涂层高强度与高韧性的协调统一成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层及其制备方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：称取镍包多颗纳米氧化铝粉末和AlCoCrFeNi高熵合金粉末，机械混合，得到混合粉末，干燥备用；镍包多颗纳米氧化铝粉末的制备方法如下：
[0007]以纳米氧化铝粉末为形核中心、经水热氢还原法获得纳米尺寸镍包单颗纳米氧化铝粉末；
[0008]对镍包单颗纳米氧化铝粉末进行造粒、烧结，然后再一次通过水热氢还原法进行镍包覆获得微米尺寸镍包多颗纳米氧化铝粉末；
[0009]步骤(2)：对基体进行预处理；
[0010]步骤(3)：采用激光熔覆方法，以同轴送粉方式进行多道搭接熔覆，获得镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层。
[0011]进一步的，步骤(1)中镍包多颗纳米氧化铝粉末的粒径范围为45
‑
105μm，镍包多颗纳米氧化铝粉末中镍与纳米氧化铝质量比为30～90:70～10；
[0012]镍包多颗纳米氧化铝粉末占混合粉末总量的质量分数为0.5
‑
20％，AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒径范围为45
‑
105μm。
[0013]进一步的，步骤(1)中的机械混合具体为：
[0014]采用滚筒球磨机进行混合，滚筒转速为350
‑
550r/min，混合时间为2
‑
4h。
[0015]进一步的，步骤(1)中干燥备用具体为：80
‑
120℃烘箱中干燥1
‑
4h备用。
[0016]进一步的，步骤(2)对基体进行预处理具体为：去油、砂纸打磨、酒精清洗。
[0017]进一步的，步骤(3)中激光熔覆工艺参数为：激光功率为1000
‑
3000W，扫描速度为200
‑
600mm/min，送粉速度为10
‑
20g/min，熔覆搭接率为30
‑
70％，送粉气氩气流量为3
‑
20L/min。
[0018]一种采用上述的方法制备的抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层，涂层具有纳米氧化铝/镍/高熵合金三级仿生结构。
[0019]一种上述的涂层的用途，用于水轮机、水泵的抗冲蚀耐气蚀。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0021]本专利技术制备出的镍包多颗纳米氧化铝增强高熵合金涂层具有纳米氧化铝/镍/高熵合金三级仿生结构，相比于直接添加陶瓷颗粒，添加镍包多颗纳米氧化铝陶瓷颗粒可以极大改善粉末的流动性，镍层可有效提高纳米氧化铝陶瓷颗粒与高熵合金的浸润性，提升高熵合金基体硬度的同时显著降低了界面开裂倾向，大大提高抗冲蚀耐气蚀性能。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的镍包多颗纳米氧化铝增强高熵合金涂层的宏观形貌。
[0023]图2为实施例2制备的镍包多颗纳米氧化铝增强高熵合金涂层的宏观形貌。
[0024]图3为镍包多颗纳米氧化铝不同质量分数下高熵合金基涂层的硬度曲线。
[0025]图4为镍包多颗纳米氧化铝不同质量分数下高熵合金基涂层的冲蚀质量损失。
具体实施方式
[0026]为了便于对本专利技术的理解，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。显然，本专利技术的实施方式不限于此，基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有创造性改变的前提下所获得的实施成果均属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]称取质量分数为3.0％的镍包多颗纳米氧化铝粉末和97％AlCoCrFeNi高熵合金粉末，其中镍与氧化铝质量比为50:50，然后将称取好的粉末放入滚筒球磨机中进行机械混粉，滚筒转速为450r/min，混合时间为2h，再将混合后的粉末放在80℃干燥箱中干燥2h备用。
[0029]对0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢基体进行预处理，包括去油、砂纸打磨、酒精清洗。
[0030]采用激光熔覆方法，以同轴送粉方式进行多道搭接熔覆，获得镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层。具体激光熔覆参数为：激光功率为2500W，扫描速度为200mm/min，送粉速度为9.5g/min，熔覆搭接率为50％，送粉气氩气流量为5L/min，保护气氩气流量为5L/min。制备的镍包多颗纳米氧化铝增强高熵合金涂层的宏观形貌如图1所示。
[0031]对制备好的涂层进行硬度测试，涂层平均显微硬度为521HV，相对于纯高熵合金涂层硬度492HV，添加质量分数3％镍包多颗纳米氧化铝的高熵合金基涂层显微硬度提高5.9％，如图3所示。
[0032]对制备好的涂层进行冲蚀性能测试，120min后涂层累计质量损失为166.8mg，相对于纯高熵合金涂层的累计质量损失202.3mg，添加质量分数3％镍包多颗纳米氧化铝的高熵
合金基涂层冲蚀质量损失降低17.5％，如图4所示。
[0033]实施例2
[0034]称取质量分数为5.0％的镍包多颗纳米氧化铝粉末和95％AlCoCrFeNi高熵合金粉末，其中镍与氧化铝质量比为50:50，然后将称取好的粉末放入滚筒球磨机中进行机械混粉，滚筒转速为450r/min，混合时间为2h，再将混合后的粉末放在80℃干燥箱中干燥2h备用。
[0035]对0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢基体进行预处理，包括去油、砂纸打磨、酒精清洗。
[0036]采用激光熔覆方法，以同轴送粉方式进行多道搭接熔覆，获得镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗冲蚀耐气蚀高熵合金基涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：称取镍包多颗纳米氧化铝粉末和AlCoCrFeNi高熵合金粉末，机械混合，得到混合粉末，干燥备用；镍包多颗纳米氧化铝粉末的制备方法如下：以纳米氧化铝粉末为形核中心、经水热氢还原法获得纳米尺寸镍包单颗纳米氧化铝粉末；对镍包单颗纳米氧化铝粉末进行造粒、烧结，然后再一次通过水热氢还原法进行镍包覆获得微米尺寸镍包多颗纳米氧化铝粉末；步骤(2)：对基体进行预处理；步骤(3)：采用激光熔覆方法，以同轴送粉方式进行多道搭接熔覆，获得镍包多颗纳米氧化铝颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中镍包多颗纳米氧化铝粉末的粒径范围为45
‑
105μm，镍包多颗纳米氧化铝粉末中镍与纳米氧化铝质量比为30～90:70～10；镍包多颗纳米氧化铝粉末占混合粉末总量的质量分数为0.5
‑
20％，AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒径范围为45
‑
105μm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的机械混合具体为：采用滚筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新龙，付二广，班傲林，张超，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：