一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法。其中，所述耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的化学成分表达式为(CrMnFeCoNi)(TiC)

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法


[0001]本专利技术属于高熵合金复合材料涂层的
，特别涉及耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法。

技术介绍

[0002]工程技术对金属材料的耐高温、抗压和耐磨损等性能需求随着社会发展而越来越高，其中最值得关注的是高温磨损的领域。据统计，在所有失效的零部件中，有80％以上的失效行为是由于各种形式的磨损或腐蚀引起的。特别是材料磨损是材料五类失效模式之一，造成的损失也是巨大的。传统金属及其合金材料理论上可通过添加特定合金元素来改善其性能，但脆性金属间化合物的出现，又不可避免的导致其性能的恶化，同时也给其组织和成分的控制带来困难，导致众多传统合金材料已不能满足相关应用需求。
[0003]最近新兴的高熵合金为耐磨材料的选择提供了新的途径，特别是高熵合金表现出的优异的力学性能，腐蚀性能和摩擦磨损性能。单一的合金涂层，包括高熵合金涂层在内，仍然存在耐磨性和强度/硬度不足的问题，不能满足高承载件长期安全服役的目标。采用添加陶瓷颗粒(Ceramic Particle)的方式来对基体材料进行改性，特别是对于强度和耐磨性有要求的应用场合是一个常用的方法。而利用激光熔覆技术制备添加陶瓷颗粒的高熵合金复合熔覆层正在逐渐成为主流的表面强化和修复办法。
[0004]本专利技术将参考巴氏合金的设计原则，将高韧性的高熵合金作为金属基体，而高硬度的陶瓷颗粒作为强化相，制备一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法。该专利技术有望满足我国在众多军民应用领域的涂层材料对于强韧、耐磨、热稳定等实际的需求。采用激光熔覆技术所制备的添加陶瓷颗粒的高熵合金复合材料涂层对于表面要求具有良好的强塑性、耐磨性，且在高温环境条件下性能稳定的高温材料的应用更为广泛。

技术实现思路

[0005]1.一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006](1)(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
复合涂层的材料将微米级TiC颗粒的质量分数x为5％、10％、15％、20％，剩余为CrMnFeCoNi的高熵合金粉末作为原料。
[0007](2)步骤1中使用的CrMnFeCoNi粉末的粒径分布在45～150μm，TiC颗粒的粒径分布在3～20μm，使用无球的行星式球磨机将上述的粉末混合，混合时间为30～60分钟。将混合后的粉末预先放置在基材表面，并通过机械挤压的方式将粉末压实压平，得到1mm厚的预置粉末层。
[0008](3)启动激光熔覆设备，在氩气气体的保护下，气流量为：3.5L/min，采用的激光熔覆工艺为：激光功率1300～1600W；激光斑点直径为：3mm；扫描速度6～9mm/s；搭接率30％；同轴送粉速度：2.5
‑
3.5r/min。
[0009](4)将步骤3工艺与设定的激光熔覆扫描路径把(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
的预置粉末
层熔化成型在基板上，得到完整的(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
复合涂层，表面无开裂，气孔率为3～9％。
[0010](5)由步骤4所制备的单层复合涂层厚度为0.8～1.2mm厚，适当熔覆1～3次来满足表面修复所要求的厚度。
[0011]2.一种按照权利要求1所述方法制备得到的耐高温氧化及磨损的(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
高熵合金复合涂层，其特征在于：所述复合涂层的微观组织中硬质的TiC陶瓷相均匀分布在较软的FCC基体相中。
[0012]3.一种按照权利要求1所述方法制备得到的耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层，其特征在于：所述的激光熔覆复合涂层能应用于中高温下的耐氧化和耐磨损的环境。
[0013]4.按照权利要求1所述耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层，其特征在于：所述高熵合金复合涂层在600℃的环境下，氧化增重速率不超过0.0031mg2·
cm
‑4·
h
‑1；磨损率在往复式摩擦的工况下不超过5
×
10
‑5mm3·
N
‑1·
m
‑1。
[0014]用本专利技术方法制备的(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
高熵合金复合涂层具有以下优点：
[0015]本专利技术根据激光熔化沉积方法制备复合涂层，该方法自动化程度高、可控性好，采用全自动化的编程式管理和操作，拥有制备过程迅速、材料利用率高、微观缺陷少、工艺流程短等优点，制备出的涂层组织均匀，致密且晶粒细小，可满足在高温下耐氧化和磨损的工况，可保护和修复现有的模具钢、工程钢和大型设备的表面。本专利技术的样品可定制化生产，根据实际的熔覆表面进行工艺优化，有很高的商业价值。
[0016]综上，本专利技术提供一种激光熔化沉积的方法来激光熔覆一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的方法，该方法能够在短时间内完成钢材料的表面强化和修复，通过工艺来优化复合材料的性能，满足高温下的耐氧化和耐磨损的性能要求。该方法成型速度快，原料利用率高，工作效率高，是一种很值得推广的技术。
具体实施方式
[0017]实施方式一
[0018]1.一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019](1)(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
复合涂层按照质量分数的配比称取原料；其中：x为5％，剩余为CrMnFeCoNi的高熵合金粉末。
[0020](2)将步骤1中的称取的两种粉末放入无球的行星式球磨机中均匀混合，混合时间为30分钟。将混合后的粉末预先放置在基材表面，并通过机械挤压的方式将粉末压实压平，得到1mm厚的预置粉末层。
[0021](3)启动激光熔覆设备，在氩气气体的保护下，气流量为：2.5L/min，采用的激光熔覆工艺为：激光功率1300W；激光斑点直径为：3mm；扫描速度6mm/s；搭接率30％；同轴送粉速度：2.5r/min。
[0022](4)将步骤3工艺与设定的“S”型扫描路径把(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
的预置粉末层熔化成型在基板上，得到完整的(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
复合涂层，表面无开裂，气孔率为3％。
[0023]2.一种按照权利要求1所述方法制备得到的一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层，其特征在于：所述复合涂层的微观组织中硬质的TiC陶瓷相均匀分布在较软的FCC
基体相中。
[0024]3.一种按照权利要求1所述方法制备得到的耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层，其特征在于：所述的激光熔覆复合涂层能应用于中高温下的耐氧化和耐磨损的环境。
[0025]4.按照权利要求1所述耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层，其特征在于：所述高熵合金复合涂层在600℃的环境下，氧化增重速率为0.0019mg2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化及磨损的高熵合金复合涂层的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
复合涂层的材料将微米级TiC颗粒的质量分数x为5％、10％、15％、20％，剩余为CrMnFeCoNi的高熵合金粉末作为原料。(2)步骤1中使用的CrMnFeCoNi粉末的粒径分布在45～150μm，TiC颗粒的粒径分布在3～20μm，使用无球的行星式球磨机将上述的粉末混合，混合时间为30～60分钟。将混合后的粉末预先放置在基材表面，并通过机械挤压的方式将粉末压实压平，得到1mm厚的预置粉末层。(3)启动激光熔覆设备，在氩气气体的保护下，气流量为：3.5L/min，采用的激光熔覆工艺为：激光功率1300
‑
1600W；激光斑点直径为：3mm；扫描速度6～9mm/s；搭接率30％；同轴送粉速度：2.5
‑
3.5r/min。(4)将步骤3工艺与设定的激光熔覆扫描路径把(CrMnFeCoNi)(TiC)
x
的预置粉末层熔化成型在基板上，得到完整的(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡养川，孙达，高飞锋，
申请(专利权)人：天津诚信达金属检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：