一种稀土掺杂高熵合金粉末及其强化或修复钢制构件方法技术

本发明专利技术提供了一种稀土掺杂高熵合金粉末及其强化或修复钢制构件方法，属于激光熔覆修复领域

【技术实现步骤摘要】
一种稀土掺杂高熵合金粉末及其强化或修复钢制构件方法


[0001]本专利技术属于激光熔覆修复领域，具体涉及一种稀土掺杂高熵合金粉末及其强化或修复钢制构件方法
。

技术介绍

[0002]钢制合金构件广泛应用于航空
、
航天
、
核能
、
电子器件等工业领域
。
但是钢制构件在使用过程中会受到各种因素所导致的磨损和损坏，例如腐蚀
、
疲劳
、
热蚀等
。
为了延长钢制构件的使用寿命并减少其维修和更换成本，修复技术变得至关重要
。
目前，常见的修复方法包括焊接
、
热喷涂和冷喷涂等
。
然而，这些传统的修复方法普遍存在着一些问题：使用焊接方法进行钢制构件表面修复的方法对施工人员技术要求严格，且施工效率低下；冷
、
热喷涂的方法进行钢制构件表面强化或修复虽然比较快捷和高效，但是该类方法存在涂层与金属基体结合强度较弱
、
使用喷涂材料具有局限性
、
喷涂材料利用率低
、
涂层气孔率大等一系列难以克服的问题
。
激光熔覆工艺利用激光作为热源，熔化铺附在金属表面的粉末，进而形成和金属基体连为一体的涂层结构，该方法具有自动化程度高，涂层与基体结合牢固等优点，可以较好的弥补上述表面处理方法存在的固有问题
。
[0003]对于钢制结构材料，金属粉末的选择是决定涂层质量的关键问题，也是激光熔覆工艺参数设计的最重要的参考依据之一
。
近年来，高熵合金作为一种新兴材料，因其高强度
、
高耐磨性和良好的耐腐蚀性能而备受关注
。
高熵合金是一种多元化合金，其特点是具有均匀的原子分布，这种特点使其具有出色的力学性能和抗腐蚀能力
。
当前以高熵合金修补钢制构件时，尽管现有技术可行，但仍面临许多问题和挑战：（1）使用同轴送粉的方法难以使粉末固定在构件侧表面上或下表面上，虽然专利
CN 116288324 A
公开了可以通过添加粘结剂颗粒和粉末的方法，但这种方法常常会出现混料不均，或粉末流动性差的问题，增加激光熔覆作业的难度
。
[0004]（2）高熵合金粉末普遍价格较高，价格较低的
FeNiCoCr
合金粉末中，
Cr
元素对于防止涂层表面腐蚀有重要作用，但是
Cr
的加入会在高熵合金涂层和钢制构件界面形成粗大的第二相颗粒，这极大的降低了涂层的界面结合强度和界面耐腐蚀性
。
[0005]因此，大多数修复方法仍以传统的焊接和喷涂为主
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种稀土掺杂高熵合金粉末及其强化或修复钢制构件方法
。
异种金属通过激光熔覆结合，交界处难免会形成粗大的第二相颗粒，即金属中间化合物，金属中间化合物的产生使得交界处的强度和耐腐蚀性能降低，同时也可能在交界处产生气孔
、
裂纹和缺陷等
。
本专利技术的方法是在钢制构件的损伤部位采用稀土掺杂高熵合金粉末作为修补材料，在激光熔覆过程中，稀土元素
Sm
可以有效地抑制富
Cr
金属中间化合物地生成，同时提升被修复材料的强度和耐腐蚀性能，从而提高整个钢制构件的使用寿命
。
该方法利用稀土强化高熵合金，该熔覆层主要成分为高熵合金，同时包含微量可
控的稀土元素
Sm、Gd、Ce、La
，能够有效修复钢制构件，并显著改善其表面的性能，使其具有更长的使用寿命和更广阔的应用前景
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术的一种稀土掺杂高熵合金粉末，所述稀土掺杂高熵合金粉末的原料包括高熵合金粉末和稀土元素粉末；所述构成高熵合金粉末的金属元素和稀土元素的纯度
≥99.0
％；所述构成高熵合金粉末的金属元素为
A
组合
、A
和
B
组合中的一种；所述
A
组合为
Fe、Zr、Co、Nb、Ni、Cr、Mn、Cu
中任意四种以上的金属元素粉末等摩尔比混合组成；所述
B
组合为
Ti、Hf、Ta、W、Al
中任意二至三种金属元素粉末等摩尔比混合组成，当
B
组合含有
Al
或
Ti
元素时，
B
与
A
按照摩尔比为
1:
（
2~2.5
）混合组成；当
B
组合不含
Al
和
Ti
元素时，
A
和
B
按照摩尔比为
1:(0.3~1)
混合组成，所述高熵合金粉末占原料的质量含量为
98~99.9%。
[0008]所述稀土元素粉末为
Sm、Gd、Ce
和
La
；所述稀土元素粉末占原料的质量含量为
0.1~2%
，其中，稀土元素粉末
Gd、Ce
和
La
的总质量与
Sm
的质量比为
1:
（
2~4
）
。
[0009]在
200℃
及
200℃
以下的工作环境中时，所述高熵合金元素粉末采用
A
组合；在
200℃
以上的工作环境中时，所述高熵合金元素粉末采用
A
和
B
组合
。
[0010]按上述配比高熵合金粉末和稀土元素粉末进行球磨作业，烘干后真空保存；所述进行球磨作业为放入球磨罐中，通过球磨机进行；所述球磨时间
2~6 h
，转速
300~800 r/min
，球料比
1:
（
2~4
），得到稀土掺杂高熵合金粉末
。
[0011]本专利技术的一种采用上述稀土掺杂高熵合金粉末的强化或修复钢制构件方法，包括以下步骤：（1）将剥离铁氧化物溶液涂布在钢制构件表面，放置后清洗吹干，得到清洗后的钢制构件；（2）对清洗后的钢制构件进行喷砂，得到喷砂后的钢制构件；（3）将所述稀土掺杂高熵合金粉末混合后均匀地铺覆在喷砂后的钢制构件表面，或将环氧树脂，稀土掺杂高熵合金粉末和脱泡剂混合后均匀涂刷在喷砂后的钢制构件表面；然后进行激光熔覆，得到修补后的钢制构件；（4）去应力热处理：将修补后的钢制构件放入热处理炉中进行去应力热处理，随后炉冷至室温，即完成强化或修复钢制构件作业
。
[0012]步骤（1）中所述剥离铁氧化物溶液为
0.2~1mol/L
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种稀土掺杂高熵合金粉末，其特征在于，所述稀土掺杂高熵合金粉末的原料包括高熵合金粉末和稀土元素粉末；所述构成高熵合金粉末的金属元素和稀土元素的纯度
≥99.0
％；所述构成高熵合金粉末的金属元素为
A
组合
、A
和
B
组合中的一种；所述
A
组合为
Fe、Zr、Co、Nb、Ni、Cr、Mn、Cu
中任意四种以上的金属元素粉末等摩尔比混合组成；所述
B
组合为
Ti、Hf、Ta、W、Al
中任意二至三种金属元素粉末等摩尔比混合组成，当
B
组合含有
Al
或
Ti
元素时，
B
与
A
按照摩尔比为
1:
（
2~2.5
）混合组成；当
B
组合不含
Al
和
Ti
元素时，
A
和
B
按照摩尔比为
1:(0.3~1)
混合组成，所述高熵合金粉末占原料的质量含量为
98~99.9%。2.
根据权利要求1所述的稀土掺杂高熵合金粉末，其特征在于，所述稀土元素粉末为
Sm、Gd、Ce
和
La
；所述稀土元素粉末占原料的质量含量为
0.1~2%
，其中，稀土元素粉末
Gd、Ce
和
La
的总质量与
Sm
的质量比为
1:
（
2~4
）
。3.
根据权利要求1所述的稀土掺杂高熵合金粉末，其特征在于，在
200℃
及
200℃
以下的工作环境中时，所述高熵合金元素粉末采用
A
组合；在
200℃
以上的工作环境中时，所述高熵合金元素粉末采用
A
和
B
组合
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的稀土掺杂高熵合金粉末的制备方法，其特征在于，将所述高熵合金粉末和稀土元素粉末进行球磨作业，烘干后真空保存；所述进行球磨作业为放入球磨罐中，通过球磨机进行；所述球磨时间
2~6h
，转速
300~800 r/min
，球料比
1:
（
2~4
），得到稀土掺杂高熵合金粉末
。5.
一种采用权利要求1‑3任一项所述的稀土掺杂高熵合金粉末的强化或修复钢制构件方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将剥离铁氧化物溶液涂布在钢制构件表面，放置后清洗吹干，得到清洗后的钢制构件；（2）对清洗后的钢制构件进行喷砂，得到喷砂后的钢制构件；（3）将所述稀土掺杂高熵合金粉末混合后均匀地铺覆在喷砂后的钢制构件表面，或将环氧树脂，稀土掺杂高熵合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡克，郭晓明，张颖，黄俊杰，程智道，佘云锋，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：