一种抗空蚀-腐蚀的高熵合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗空蚀

【技术实现步骤摘要】
一种抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于先进金属材料和表面防护
，具体涉及一种抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]液体内部压强骤变引发的空蚀损坏已经给水电领域的水轮机、舰船工业的螺旋桨等众多过流部件造成了严重的安全隐患和经济损失。据统计，我国每年仅因水电机组的空蚀损坏造成的发电量损失就超过1280亿度，年检修费及设备更新费用数以亿元计；而以航母为代表的大型舰船也时常面临因螺旋桨空蚀断裂而失去动力的风险(中国基础科学，2010，6：3
‑
7)。由于空蚀是从部件表面开始的，因此通过热喷涂、激光熔覆、堆焊等表面工程技术把一些耐空蚀性能好的材料涂覆在过流部件表面无疑是一种即有效又十分经济的解决问题的途径。
[0003]高熵合金(HEA)由于热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应和性能上的鸡尾酒效应，表现出明显优于不锈钢、铝青铜和钛合金等过流部件常用金属材料的综合力学性能、耐腐蚀及抗氧化性能，因此它们在抵抗外力冲击破坏和环境介质腐蚀等方面显示出巨大应用前景。其中，等原子百分比的AlCrCoFeNi是最早被开发出来的HEA材料之一(Materials Science andEngineeringA，2008，491，154
‑
158.)，具有高屈服强度和压缩强度等好的力学性能，得到多个工程行业的关注和青睐。在空蚀防护领域，研究人员已经利用雾化制粉和超音速火焰喷涂技术(HVOF)开发出AlCrCoFeNi五元HEA喷涂粉末及涂层，涂层在淡水和海水中都显示出了较好的抗空蚀和耐空蚀
‑
腐蚀的能力(Surface&Coatings Technology，2021，409：126899)。但是AlCrCoFeNi五元HEA涂层由于含有大量的体心立方相(BCC相)，吸收冲击能的能力较差，而且材料中的Fe元素还会破坏其耐腐蚀性，所以它在长期空化载荷作用下仍易于脆性剥落，尤其是在海水中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层及其制备方法，以便更好地对服役于河流和海洋中的过流部件进行防护。
[0005]本专利技术使用耐腐蚀能力优异的Al、Cr、Co和Ni作为组元，并通过调控关键组元的含量和选择合适制备工艺研制出了一种以面心立方相(FCC相)为主的新型A1
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Cr
‑
Co
‑
Ni系四元HEA涂层材料，从而赋予其更高的塑性变性功和加工硬化指数、更加优异的耐腐蚀性能和抵抗外力冲击破坏的能力，能够更好地吸收空泡溃灭产生的冲击能，因此展现出比A1CrCoFeNi五元HEA涂层和过流部件常用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢好的多的抗空蚀和耐空蚀
‑
腐蚀性能。因此，本专利技术的A1
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元HEA涂层在淡水和海水中服役的过流部件表面都具有更好的防护能力和应用前景。本专利技术的HEA涂层可用于水轮机、舰船螺旋桨等过流部件表面的空蚀或空蚀
‑
腐蚀防护。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层的制备方法，通过雾化制粉和表面涂覆工艺制备，所述抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层为A1
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金。
[0008]优选的，所述A1
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金的原子百分比为：Al 7.6％～15％，Cr 21％～30％，Co 20％～29％，Ni 31％～40％。
[0009]优选的，所述雾化制粉为真空感应气雾化制粉技术，所述表面涂覆工艺为超音速火焰喷涂技术；包括以下步骤：
[0010](1)按照Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金的原子百分比配制原料；
[0011](2)将步骤(1)配制的原料进行真空感应气雾化制粉，得到Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金粉末；
[0012](3)采用超音速火焰喷涂技术在喷砂粗化后的金属基材表面喷涂沉积步骤(2)的A1
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金粉末，得到抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层。
[0013]进一步优选的，步骤(1)所述原料包含Al、Co、Cr和Ni的纯金属或包含Al、Co、Cr和Ni的中间合金；所述Al、Co、Cr和Ni的纯金属或包含Al、Co、Cr和Ni的中间合金的纯度均在99.9wt.％以上。
[0014]进一步优选的，步骤(2)所述真空感应气雾化制粉具体为：
[0015](a)真空条件下，通过感应线圈将原料加热熔化，然后将金属液流入雾化喷嘴；
[0016](b)使用高速高压的惰性气体经雾化喷嘴将落入雾化区的金属液冲击破碎，使其雾化成细微的金属液滴，进而在雾化室内冷却凝固为Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金粉末。
[0017]更优选的，步骤(a)中所述真空条件为1.0
×
10
‑3～9.9
×
10
‑
1 10Pa；所述加热熔化的温度为1500～2600℃。
[0018]更优选的，步骤(b)中所述惰性气体为氮气、氩气和氦气中的任意一种；所述惰性气体的压力为0.1～6MPa，惰性气体的流量为100～500m3/min。
[0019]进一步优选的，步骤(2)所述Al
‑
Cr
‑
Co
‑
Ni系四元高熵合金粉末的粒径范围为5～100μm。
[0020]进一步优选的，步骤(3)中所述超音速火焰喷涂技术用的燃气为天然气、丙烷和航空煤油中的任意一种，助燃气为氧气，沉积的涂层厚度为50～1000μm。
[0021]上述的制备方法制备得到的抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0023]本专利技术选择耐腐蚀性的铝、铬、钴和镍四种金属元素作为组元，通过优化设计每种组元的含量并选择冷却速率极高易形成过固溶体的真空感应气雾化技术和超音速火焰喷涂技术，成功合成制备出了以FCC相为主相的Al
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Cr
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Co
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Ni系四元HEA涂层，与传统以BCC相为主相的AlCrCoFeNi五元HEA涂层相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，通过雾化制粉和表面涂覆工艺制备，所述抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层为Al
‑
Cr
‑
Co
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Ni系四元高熵合金。2.根据权利要求1所述的抗空蚀
‑
腐蚀的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：所述Al
‑
Cr
‑
Co
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Ni系四元高熵合金的原子百分比为：Al 7.6％～15％，Cr 21％～30％，Co 20％～29％，Ni 31％～40％。3.根据权利要求1或2所述的抗空蚀
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腐蚀的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述雾化制粉为真空感应气雾化制粉技术，所述表面涂覆工艺为超音速火焰喷涂技术；包括以下步骤：(1)按照Al
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Cr
‑
Co
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Ni系四元高熵合金的原子百分比配制原料；(2)将步骤(1)配制的原料进行真空感应气雾化制粉，得到Al
‑
Cr
‑
Co
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Ni系四元高熵合金粉末；(3)采用超音速火焰喷涂技术在喷砂粗化后的金属基材表面喷涂沉积步骤(2)的Al
‑
Cr
‑
Co
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Ni系四元高熵合金粉末，得到抗空蚀
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腐蚀的高熵合金涂层。4.根据权利要求3所述的抗空蚀
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腐蚀的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述原料包含Al、Co、Cr和Ni的纯金属或包含Al、Co、Cr和Ni的中间合金；所述Al、Co、Cr和Ni的纯金属或包含Al、Co、Cr和Ni的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯国梁，付志强，曹昊博，安宇龙，周惠娣，陈建敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：