一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层及其制备与应用。本发明专利技术在基体材料表面预置一层松散的高熵合金粉末，在一定真空度条件下，通过调控烧结温度，粉末中某种金属元素达到其饱和蒸气压逸散且粉末产生部分熔化，使得粉末颗粒上形成孔洞，颗粒间相互黏结形成与基体材料表面结合的含多尺度孔洞的高熵合金涂层，改变了基体材料的比表面积，获得独特三维连通的含多尺度孔洞的高熵合金涂层在钎焊过程中极大地增强毛细作用，进而提升钎焊过程中钎料的润湿铺展动力，提高钎焊接头性能，极具应用前景。极具应用前景。极具应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及焊接
，尤其是涉及一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层及其制备与应用。

技术介绍

[0002]异质金属接头可以最大程度发挥金属材料的性能，减少昂贵材料的使用，替代部分稀有金属，并且可以大幅度降低生产成本，有效提高经济效益。然而，异质金属在物理性能(熔点、线膨胀系数、比热容、热导率等)及化学性能方面存在明显的差异，使得异质金属在焊接过程中容易出现受热不均匀和内应力及在接头中产生脆性金属间化合物，降低接头性能；当产生厚度较大且形貌粗大的脆性金属间化合物时，将不利于钎料在钢基体表面的润湿铺展。
[0003]目前本领域技术人员采用了复合钎料(颗粒增强复合钎料、纤维增强复合钎料、二维材料增强复合钎料)、多层钎缝结构(粉末中间层、金属箔片中间层、三维结构中间层)和母材表面加工改性(化学刻蚀、微机械加工、激光加工、表面涂层)等多种工艺优化方法来提高钎料在金属表面的润湿性，并且可以缓解钎焊接头内应力，以获得无缺陷且性能良好的异质材料钎焊接头，但每种工艺优化方法均有其优势和局限性。1)复合钎料法中添加相均能通过细化钎焊接头界面组织、降低钎缝组织热膨胀系数，优化钎焊接头组织，提高钎焊接头性能的目的。但是添加相的引入会使钎料的黏度增加，降低钎料在钎缝中的填缝能力，从而形成缺陷；2)多层钎缝结构法虽可以缓解接头残余应力，提高钎焊接头强度，但多层中间层的引入易形成大体积化合物相或出现中间层反应不充分的情况。因此，钎缝中形成的裂纹等缺陷将降低钎焊接头性能；3)母材表面加工改性法是对母材表面进行微织构加工及化学镀层，以促进液滴在金属表面的润湿铺展性能。然而在有些异质金属钎焊接头中，虽然钎料在母材表面具有良好的润湿性能，但由于材料界面反应层过薄，使接头较为薄弱。
[0004]多孔金属作为一种新型轻质材料因其独特的三维框架结构特性而具备突出的变形能力和吸收能力，在众多领域都有广泛应用。有研究学者利用多孔金属的结构特性作为中间层材料，与传统钎料粉或箔片相结合，在钎焊过程中液态金属钎料会通过毛细作用填充进多孔金属的孔隙中，形成钎料合金和多孔金属交叉分布的结构，起到了释放钎焊接头残余应力，优化异质材料钎焊接头的作用。
[0005]高熵合金，由多种主要元素组成的合金组分会产生高熵效应，该效应能够促进具有体心立方或面心立方等固溶体相的形成，抑制脆性金属间化合物的形成。
[0006]因此，需开发一种制备速率快、制备工艺简单、润湿性好、比表面积高的高熵多孔层，以克服异质金属焊接过程中易产生热应力及脆性金属间化合物等缺陷，提高异质金属焊接的性能，提升异质金属材料的工业应用。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层及其
制备与应用。本专利技术旨在克服异质金属钎焊过程中易产生热应力及脆性金属间化合物等缺陷，以期提高钎料在基材表面的润湿铺展能力，并提供一种速率快、工艺简单、润湿性好、比表面积高的含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法。
[0008]本专利技术在基体材料表面预置一层松散的高熵合金粉末，在真空条件下进行高温烧结，使得高熵合金粉末颗粒上形成1～2μm微孔且颗粒间相互黏结形成厚度为300μm、孔隙率为44.03％、平均孔径为15.05μm，且与基体材料表面相结合的含多尺度孔洞的高熵合金涂层。进一步的，相同钎料在烧结了含多尺度孔洞的高熵合金涂层的钢板上能够完全润湿，优于未烧结含多尺度孔洞的高熵合金涂层的钢板的润湿性。本专利技术的方法是在一定真空度条件下，通过调控烧结温度，粉末中某种金属元素达到其饱和蒸气压逸散且粉末产生部分熔化，使得粉末颗粒上形成孔洞，颗粒间相互黏结形成与基体材料表面结合的含多尺度孔洞的高熵合金涂层，改变了基体材料的比表面积，获得独特三维连通的含多尺度孔洞的高熵合金涂层在钎焊过程中极大地增强毛细作用，进而提升钎焊过程中钎料的润湿铺展动力，提高钎焊接头性能，极具应用前景。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]本专利技术的第一个目的是提供一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将干燥后的高熵合金粉末铺设于预处理后的基体材料表面，真空烧结得到含多尺度孔洞的高熵合金涂层；
[0012]其中，高熵合金粉末为Fe
‑
Co
‑
Ni
‑
Cr
‑
Mn粉末。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，干燥过程中，时间为2h，温度为60℃。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，高熵合金粉末中，Fe、Co、Ni、Cr、Mn的摩尔比为1～3：1～3：1～3：1～3：1～3；
[0015]铺覆厚度为100μm～500μm；
[0016]所述基体材料为Q235冷轧钢。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述预处理为利用砂纸打磨、于无水乙醇中超声清洗后干燥。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，真空烧结过程中，真空度达10
‑3Pa～10
‑5Pa。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，真空烧结过程中，包括第一升温阶段、第一保温阶段、第二升温阶段和第二保温阶段。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，第一升温阶段过程中，以20℃/min～30℃/min的升温速率升温至500℃。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，第一保温阶段过程中，温度为500℃，时间为30min。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，第二升温阶段过程中，以20℃/min～30℃/min的升温速率升温至1200℃～1350℃。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，第二保温阶段过程中，温度为1200℃～1350℃，时间为60min～180min。
[0024]在本专利技术中，烧结温度过低，没有达到Mn的饱和蒸气压，Mn不会逸散，粉末颗粒上就不会产生微孔，烧结温度过高，高熵合金粉末就会完全熔化，就不会产生三维连通多孔结构层。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，所述后处理为随炉自然冷却至室温。
[0026]本专利技术的第二个目的是提供一种通过上述方法制备得到的含多尺度孔洞的高熵合金涂层。
[0027]本专利技术的第三个目的是提供一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层在异种金属钎焊过程中的应用。
[0028]本专利技术中，通过真空高温烧结与钢表面相结合的含多尺度孔洞的高熵合金涂层，增加了钢的比表面积，获得独特的三维连通结构，提高了钎料在钢表面上的润湿铺展动力，减少了接头残余应力；因含多尺度孔洞的高熵合金涂层产生的高熵效应，在钢表面形成单相固溶体，增强了钢与含多尺度孔洞的高熵合金涂层的结合性能。
[0029]具体的，将含多尺度孔洞的高熵合金涂层进一步应用于钎焊过程中时，高熵合金粉末颗粒表面分布的微孔可以增强毛细作用力，能够提升钎料的润湿铺展动力；高熵合金粉末颗粒间相互黏结形成孔隙及孔径随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将干燥后的高熵合金粉末铺设于预处理后的基体材料表面，真空烧结后后处理得到含多尺度孔洞的高熵合金涂层；其中，高熵合金粉末为Fe
‑
Co
‑
Ni
‑
Cr
‑
Mn粉末。2.根据权利要求1所述的一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，高熵合金粉末中，Fe、Co、Ni、Cr、Mn的摩尔比为1～3：1～3：1～3：1～3：1～3；铺覆厚度为100μm～500μm；所述基体材料为Q235冷轧钢。3.根据权利要求1所述的一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，真空烧结过程中，真空度达10
‑3Pa～10
‑5Pa。4.根据权利要求3所述的一种含多尺度孔洞的高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，真空烧结过程中，包括第一升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑾，郑敏，张华，李军，薛菁，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：