一种抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层、制备方法及应用，所述涂层由30

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及激光表面改性领域，具体抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]激光表面合金化是一种高效的材料表面改性技术，是利用激光束作用于金属基材表面预先涂覆在金属表面或同步送入的粉末材料上，使材料与金属基材表面充分合金化，在随后的冷却过程中在金属基材表面形成一层性能优于基材的合金化层，达到材料表面修复或增材制造的目的。激光表面合金化可以实现复杂零件表面的改性制备，提高零件适应各种环境的性能。与热喷涂等其他表面改性方式相比，激光表面合金化过程中基材与涂层材料的发生充分的合金化反应，所形成的涂层与基材结合强度高、涂层内部应力分布均匀，晶粒尺寸细小，力学性能优良。
[0003]WTaNbMo难熔高熵合金(Refractory High Entropy Alloys,RHEAs)为bcc结构，位错滑移面少，从而表现为高硬度、高强度，耐磨及耐蚀性能。适用于高温及极端高温和摩擦环境。然而，W、Ta、Nb、Mo均为易氧化元素，高温下与氧元素结合所形成的氧化物疏松且易挥发，极大的限制了其高温及极端高温环境下的应用。目前，难熔高熵合金的制备主要通过电弧熔炼和粉末冶金的方式，获得的难熔高熵合金块体材料室温脆性大，无法进一步将其加工成复杂零件。激光表面合金化过程可以在复杂零件表面制备高强度的难熔高熵合金化复合涂层，因此本项目提出采用激光表面合金化的方式，在提高零件高温强度的同时，利用表面合金化过程复合抗高温氧化性能的Ni、Cr元素进入涂层，并通过旋转磁场搅拌熔池，均匀成分细化晶粒，制备出同时具有高强度和耐高温氧化性能的难熔高熵合金复合涂层。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于通过成分设计和旋转磁场辅助激光表面合金化的方式将WTaNbMo与γ
‑
(Ni，Cr)充分合金化，提高难熔高熵合金涂层的抗高温氧化性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下方案：
[0006]一种抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](1)对基材表面进行预处理，打磨酸洗后备用；
[0008](2)将WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末烘干后用铺粉器预置在预处理后的基材表面，使激光熔覆时在基材表面形成包含WTaNbMo难熔高熵合金、γ
‑
(Ni，Cr)成分的熔体；
[0009](3)采用旋转磁场辅助激光熔覆设备，在将粉末在基材表面进行激光表面合金化，将等原子比WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末在基材表面充分合金化，形成成分均匀晶粒细小的WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)复合涂层。
[0010]进一步地，所述基材为Inconel 718，步骤(2)中的铺粉器预置的粉末为WTaNbMo难
熔高熵合金。
[0011]进一步地，所述基材为WTaNbMo难熔高熵合金，所述步骤(2)中的铺粉器预置的粉末为Inconel 718粉末。
[0012]进一步地，步骤(2)中，预置在基体表面的WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末厚度为0.1
‑
0.6mm。
[0013]进一步地，步骤(3)中，激光表面合金化的工艺参数设置为：激光功率2.0
‑
2.5kW，磁场强度90mT，扫描速度4
‑
5mm/s，保护气流20L/min。
[0014]进一步地，所述WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末的粒径为15
‑
50μm。
[0015]进一步地，所述WTaNbMo难熔高熵合金粉末是通过等离子射频造粒制备的等原子比WTaNbMo合金化粉末。
[0016]进一步地，所述等离子射频造粒的过程如下：
[0017]第一步：根据原子百分比配置，等原子比W、Ta、Nb、Mo难熔粉末，按照熔点从高到低的顺序和含易烧损元素物料最后加入的原则依次将物料加入等离子射频造粒装置中，以10K/s的速度升温至3000℃以上，使其全部熔化；
[0018]第二步：对熔融液体进行等离子射频造粒，筛分粒径为15
‑
50μm的粉末。
[0019]所述的难熔高熵合金复合涂层的制备方法制成的难熔高熵合金复合涂层，其特征在于，所述难熔高熵合金复合涂层中WTaNbMo体积含量为30
‑
40％，γ
‑
(Ni，Cr)体积含量为60
‑
70％。
[0020]所述的难熔高熵合金复合涂层的应用，其特征在于，用于高温Inconel 718基体工件表面。
[0021]本专利技术所述的抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，在激光表面合金化过程中外加旋转磁场，通过旋转磁场在熔池中形成的洛伦兹力加速熔池的搅拌作用，均匀涂层成分，在凝固过程中打碎粗大的柱状晶，使熔池中产生更多的形核质点，起到细化晶粒、增加晶界的作用。晶粒细化后合金层内部晶界增多，通过简单的激光表面合金化过程将具有抗氧化作用的Ni和Cr元素与抗氧化性能差的WTaNbMo难熔高熵合金复合，提高了难熔高熵合金的抗高温氧化性能。
[0022]在高温氧化过程中，γ
‑
(Ni，Cr)中Cr元素可以快速通过晶界扩散至涂层表面与空气中的氧元素结合，在表面形成连续致密的Cr2O3氧化膜，阻止氧元素进一步渗透与W、Ta、Nb、Mo等易氧化元素结合，提高难熔高熵合金的抗高温氧化性能。
附图说明
[0023]图1为对比例WTaNbMo涂层和实施例1制备的WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)涂层单位面积的氧化增重数据。
[0024]图2中(a)为WTaNbMo涂层氧化28h后涂层表面形貌，(b)为图(a)中标记区域区域的放大图，(c)为WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)涂层氧化28h后涂层表面形貌，(d)为图(c)中标记区域区域的放大图。
[0025]图3为对比例WTaNbMo涂层和实施例1制备的WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)涂层氧化28h后XRD结果。
[0026]图4为实施例1制备的WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)合金化涂层在1000℃氧化28h后的氧化层横截面。
具体实施方式
[0027]为了更清楚的说明本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0028]本专利技术将易氧化的WTaNbMo粉末与Inconel 718基材充分合金化，Inconel718中的基体相为γ
‑
(Ni，Cr)固溶体，形成WTaNbMo含量在30
‑
40％，γ
‑
(Ni，Cr)含量60
‑
70％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温氧化的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对基材表面进行预处理，打磨酸洗后备用；(2)将WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末烘干后用铺粉器预置在预处理后的基材表面，使激光熔覆时在基材表面形成包含WTaNbMo难熔高熵合金、γ
‑
(Ni，Cr)成分的熔体；(3)采用旋转磁场辅助激光熔覆设备，在将粉末在基材表面进行激光表面合金化，将等原子比WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末在基材表面充分合金化，形成成分均匀晶粒细小的WTaNbMo/γ
‑
(Ni，Cr)复合涂层。2.根据权利要求1所述的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基材为Inconel 718，步骤(2)中的铺粉器预置的粉末为WTaNbMo难熔高熵合金。3.根据权利要求1所述的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基材为WTaNbMo难熔高熵合金，所述步骤(2)中的铺粉器预置的粉末为Inconel 718粉末。4.根据权利要求1所述的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，预置在基材表面的WTaNbMo难熔高熵合金粉末和/或Inconel 718粉末的厚度为0.1
‑
0.6mm。5.根据权利要求1所述的难熔高熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，激光表面合金化的工艺参数设置为：激光功率2.0

【专利技术属性】
技术研发人员：赵悦，李瑞峰，金桥庆，张晓强，乔磊，浦娟，谷家扬，焦晨，赵其章，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
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