一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，包括以不同的金属丝或合金丝螺旋捻合而成的绞股丝材作为中熵/高熵合金熔敷丝材；以钨极氩弧焊产生的焊接电弧作为熔化上述中熵/高熵合金熔敷丝材的热源，其送丝位置位于电弧上部；通过可编程电源输出可控的交变电流，使安装在焊枪上的磁场发生装置产生交变磁场，电弧在外加磁场的作用下产生摆动，控制熔滴偏离程度和单道熔敷宽度。本发明专利技术通过控制熔滴偏离程度和单道熔敷宽度制备得到满足不同场合需求的中熵/高熵合金熔敷层，大大提高熔敷效率，解决现有的中熵/高熵合金熔敷层制备流程复杂、不能准确可控的问题，拓宽了中熵/高熵合金电弧熔敷的应用场合。熵合金电弧熔敷的应用场合。熵合金电弧熔敷的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面加工领域，具体涉及一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法。

技术介绍

[0002]多元元素合金按含有主元素数目分为中熵合金或高熵合金，如CoCrNi系中熵合金、AlCoCrFeNi系高熵合金，相较于传统合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高耐腐蚀性等优良性能。在工程应用中，表面性能决定大多数零部件的服役期限，制备优异性能的中熵/高熵合金熔敷层具有重要价值。
[0003]目前，制备中熵/高熵合金熔敷涂层的主要方法有电弧熔敷、激光熔敷、等离子弧熔敷等，其中电弧熔敷具有结合力高、效率高、成本低、材料适应性广的优势，尤其适合制备大面积、大厚度的耐蚀耐磨涂层。电弧熔敷材料一般使用金属粉末或含有金属粉末的预制块，其制备工艺复杂，大大降低生产效率，制备工艺简单又便于储存的丝材成为热点。专利申请CN109628771A公开“一种高熵合金粉芯丝材电弧熔敷加工工艺”，其采用高熵合金粉芯丝材作为熔敷材料，省去工艺复杂的预制块加工过程，减少工艺上的复杂操作，但粉芯丝材的制备还是要通过机械合金化等方法得到高熵合金粉末，然后再填粉拉拔减径成丝，上述工艺中漏粉问题普遍存在，且粘结度低使其在电弧熔敷过程也容易出现漏粉现象。专利CN201952491U提供一种多个电极并列的电弧熔敷设备，在熔敷时与工件之间不需要相对运动，一次熔敷就能满足宽度的要求，减少多次熔敷对材料的损伤，但多电极产生的电弧之间相互影响，使其周围磁场的空间分布更复杂，对熔敷原料的熔化状态较难控制，无法保证涂层的熔敷效果，开发一种工艺简单、控制准确的中熵/高熵合金高效熔敷涂层具有重要价值。

技术实现思路

[0004]为解决现有的中熵/高熵合金熔敷层制备工艺中熔敷材料制备流程复杂、熔敷层不能准确可控的问题，本专利技术的目的是提供一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，该方法能够熔敷不同场合需要的中熵/高熵合金涂层，准确控制单次熔敷面积，工艺简单且控制准确，大大提高熔敷效率，拓展中熵/高熵合金电弧熔敷的实际应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，包含以下步骤：
[0007]1)选择熔敷材料，以多根不同的金属丝或合金丝螺旋捻合而成的绞股丝材作为中熵/高熵合金熔敷丝材；
[0008]2)选择熔敷设备，以钨极氩弧焊焊接设备产生的焊接电弧作为熔化上述中熵/高熵合金熔敷丝材的热源，其送丝位置位于电弧上部；
[0009]3)控制熔敷工艺，通过可编程电源输出可控的交变电流，使安装在焊枪上的磁场发生装置产生交变磁场，电弧在外加磁场的作用下产生摆动，控制熔滴偏离程度和单道熔敷宽度。
[0010]作为优选，所述中熵/高熵合金熔敷丝材由6根外围实心金属丝或合金丝围绕1根中心丝呈螺旋状捻合而成，外部形态为麻花状。
[0011]作为优选，所述中熵合金熔敷丝材采用CoCrNi中熵合金，原料为7根纯度不低于99.9％的实心金属丝，包括2根Co丝，2根Ni丝，3根Cr丝，其中1根Cr丝作为中心丝进行绞合，绞合成丝后的直径为1.4mm，成分接近于Co1Cr1Ni1。
[0012]作为优选，所述高熵合金熔敷丝材采用AlCoCrFeNi系，原料为7根纯度不低于99.9％的实心金属丝，包括2根Al丝、2根Ni丝、1根Co丝、1根Cr丝和1根Fe丝，其中Fe丝作为中心丝进行绞合，绞合成丝后的直径为1.2mm，成分接近于Al1Co1Cr1Fe
1.5
Ni1。
[0013]本专利技术前述的中熵/高熵合金熔敷丝材中，各组分可替换成其他金属丝或合金丝，构成满足特殊工艺或性能要求的中熵/高熵合金。
[0014]作为优选，所述熔敷设备包括工作台、焊接电源、保护气瓶、送丝机构、焊枪、可编程电源和磁场发生装置，其中所述工作台分别与焊接电源、保护气瓶、送丝机构、焊枪和可编程电源连接并进行控制，所述焊枪与焊接电源、保护气瓶、送丝机构连接，所述可编程电源与所述磁场发生装置相连接。
[0015]作为优选，所述焊枪装设在滑轨上进行移动，也可以通过机器人手臂夹持进行动作，由所述工作台发出的指令进行控制。
[0016]作为优选，所述焊枪在起弧阶段与熔敷基板的距离为3mm，起弧稳定后调整焊枪高度，熔敷过程中焊枪的钨极尖端距离熔敷基板10mm。
[0017]作为优选，所述磁场发生装置由两个L型铁芯、漆包线缠绕而成的线圈组成，所述L型铁芯材料为硅钢，所述漆包线材料为纯铜，且前述的铁芯外、线圈外各包裹有一层绝缘材料。
[0018]作为优选，所述两个线圈对称固定在焊枪两侧，所述L型铁芯平行于所述焊枪，其头部与所述焊枪指向一致，且向内指向钨极，位于电弧上方位置；通入电流后，产生两个相反的电磁极，其磁感线与焊枪的轴线相垂直，与熔敷方向相平行。
[0019]作为优选，所述电弧偏转的方向、程度和变向速度由工作台控制的可编程电源提供的电流方向、大小和频率来改变；当可编程电源提供正弦交流电时，磁场发生装置的两个磁极交替改变磁性，改变电弧周围磁场的空间分布，使电弧沿熔敷方向周期性地左右摆动，熔滴位置周期性偏离中心轴线。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021](1)本专利技术采用的中熵/高熵合金熔敷丝材是通过多根不同的金属丝或合金丝螺旋捻合而成的绞股丝材，与中熵/高熵合金混合粉末、粉芯丝材相比，其大大降低制备工艺复杂度，且不存在粉末浪费的成本问题，具有高利用率和便于储存的优势。
[0022](2)本专利技术选用电弧熔敷的方式，相比其他涂层制备方式，熔丝效率高且成本低廉，尤其适合制备大面积、大厚度的耐蚀耐磨涂层，同时采用电弧上部送丝，相比一般的下部送丝熔敷效率更高、熔敷材料混合更均匀。
[0023](3)本专利技术采用磁控摆动电弧，磁场发生装置改变电弧周围磁场的空间分布，使电弧沿熔敷方向周期性地左右摆动，熔滴位置也周期性偏离中心轴线，改变熔滴落点的方式使熔敷层能够准确可控。
[0024](4)本专利技术的中熵/高熵合金熔敷层的制备方法有效地改善现有中熵/高熵合金电
弧熔敷层制备工艺中熔敷材料制备流程复杂、熔敷层不能准确可控问题，具有工艺简单、控制准确的优势，极具应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中熵/高熵合金熔敷层的制备方法所需设备的整体示意图；
[0026]图2为产生摆动电弧的磁场发生装置示意图；
[0027]图3为中熵/高熵合金熔敷绞股丝材的结构示意图；
[0028]图4为外加磁场下电弧发生偏转的原理示意图；
[0029]图5为电弧偏转时熔滴位置偏离中心轴线的原理示意图；
[0030]图6为熔敷过程中电弧随磁场变化摆动的状态示意图；
[0031]图7为熔敷过程中磁控摆动电弧的控制流程图；
[0032]图8为电弧熔敷过程中滴状过渡效果图；
[0033]图9为电弧熔敷过程中接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：1)选择熔敷材料，以多根不同的金属丝或合金丝螺旋捻合而成的绞股丝材作为中熵/高熵合金熔敷丝材；2)选择熔敷设备，其包括工作台、焊接电源、保护气瓶、送丝机构、焊枪、可编程电源和磁场发生装置，所述工作台分别与所述焊接电源、保护气瓶、送丝机构、焊枪和可编程电源连接并进行控制，所述焊枪与所述焊接电源、保护气瓶、送丝机构连接，所述可编程电源与所述磁场发生装置相连接，以钨极氩弧焊产生的焊接电弧作为熔化上述中熵/高熵合金熔敷丝材的热源，其送丝位置位于电弧上部；3)控制熔敷工艺，通过可编程电源输出可控的交变电流，使安装在焊枪上的磁场发生装置产生交变磁场，电弧在外加磁场的作用下产生摆动，控制熔滴偏离程度和单道熔敷宽度。2.根据权利要求1所述中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，其特征在于，所述中熵/高熵合金熔敷丝材由6根外围实心金属丝或合金丝围绕1根中心丝呈螺旋状捻合而成，外部形态为麻花状。3.根据权利要求2所述中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，其特征在于，所述中熵合金熔敷丝材采用CoCrNi中熵合金，原料为7根纯度不低于99.9％的实心金属丝，包括2根Co丝，2根Ni丝，3根Cr丝，其中1根Cr丝作为中心丝进行绞合，绞合成丝后的直径为1.4mm，成分接近于Co1Cr1Ni1。4.根据权利要求2所述中熵/高熵合金熔敷层的制备方法，其特征在于，所述高熵合金熔敷丝材采用AlCoCrFeNi系，原料为7根纯度不低于99.9％的实心金属丝，包括2根Al丝、2根Ni丝、1根Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赫峤，王飞，刘红兵，张凌峰，张天理，杨坡，常丙辛，彭猛，杨书豪，熊发帅，杜金红，鲍文，于治水，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：