【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面工程、新材料及高端装备制造，尤其涉及一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业和科学技术快速发展，现代海洋资源开发利用对装备提出了越来越严苛的要求，如深海钻探钻具、盾构机刀具、搅拌机桨叶等装备关键零部件需要在腐蚀、磨损、冲击的极端工况下长期服役。目前关键零部件的基体材料已达到一定性能极限，要求其在苛刻环境下可靠长期服役，则需要进一步研究零部件表面涂层技术等重要技术保障。传统热喷涂、电镀等表面涂层技术结合强度相对较低，在长时间冲击与机械作用后，容易失效而无法起到保护作用，而激光熔覆增材制造技术因其厚度可控、冶金结合强度高和材料多样等一系列优点，成为制备耐磨抗冲击涂层的有效手段。
2、而自然界生物为满足生存需求而不断适应环境，在进化中不断调整体表形态，造就出了各种各样的软硬相间形貌及结构，具有优良的减阻、耐磨特性。软硬相间仿生结构材料是参考生物这种软硬相间特性体表形态，以弹性模量小的材料为软材料，弹性模量大的材料为硬材料，将软硬材料在一定配比下有序或无序排列而形成的材料。软硬相间仿生结构材料设计涉及多个方面，材料属性、结构形式、材料配比、基本尺寸等方面的不同均会影响材料的属性，合理的设计是保证软硬相间仿生结构材料具有相应特性的基础。
3、中国专利cn115747791a《自生软硬相交替分布的耐磨涂层及其制备方法和工件》公开了一种自生软硬相交替分布的耐磨涂层，但该涂层仅实现了水平层面软硬相交替分布，其耐磨减阻性能仍需进一步提高。
4、因此，开发一种耐磨减阻
技术实现思路
1、鉴于现有软硬相交替分布涂层存在耐磨减阻性能仍需进一步提高的问题，本专利技术提供一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，通过独特的水平、垂直方向的软硬交替的“砖-泥”仿贝壳层状结构设计和双相共晶高熵合金及高硬度陶瓷材料设计，拥有优异的抗冲击、耐磨损和耐腐蚀性能，具有良好的工程应用价值，在海工装备、轨道交通、冶金等领域具有良好的应用前景。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，包括至少一层仿生结构层，任意一个所述仿生结构层与其上端面和/或下端面的仿生结构层之间相互垂直设置，且该所述仿生结构层的宽度面与其上端面和/或下端面的仿生结构层的长度面位于同一平面上；
4、所述仿生结构层包括由软质材料制成的第一条带和硬质材料制成的第二条带；
5、任意一个所述仿生结构层的第一条带和第二条带的长度与其上端面和/或下端面的仿生结构层的第一条带和第二条带的宽度相对应；
6、所述软质材料为alcocrfeni共晶高熵合金，所述硬质材料为alcocrfeni共晶高熵合金+陶瓷颗粒的复合材料。
7、进一步的，所述仿生结构层设置有三层，三层所述仿生结构层由下至上分别为依次层叠设置的底层，中间层和面层。
8、进一步的，所述仿生结构层中第一条带设置有n条，所述仿生结构层中第二条带设置有n+1条，其中，n≥1；n条所述第一条与n+1条所述第二条相互交替的排列于同一水平面上。
9、更进一步的，所述底层、中间层和面层复合材料陶瓷颗粒含量依次为5-15wt.％、20-30wt.％、40-60wt.％。
10、更进一步的，所述复合涂层总厚度为2.5-3.5mm，所述底层、中间层和面层的厚度比为1:(0.8-1.1):(0.8-1.1)。
11、进一步的，所述仿生结构层中第一条带和第二条带高度和长度相同，宽度比为1:(1.5-2)。
12、进一步的，所述alcocrfeni共晶高熵合金为fcc与bcc双相结构，fcc和bcc两相的含量比例为2:1。
13、进一步的，所述alcocrfeni共晶高熵合金按原子百分数计包括以下成分：15％-18％al、15％-18％co、15％-18％cr、15％-18％fe、30％-37％ni，余量为不可避免的杂质。
14、所述陶瓷颗粒为wc、sic、al2o3、cr3c2中的一种或多种，所述陶瓷颗粒的粒径尺寸为40-90μm。
15、本专利技术的另一目的在于提供一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层的制备方法。
16、一种上述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
17、s1.按所需配比将alcocrfeni高熵合金和陶瓷颗粒粉末分别混合40-60min，球磨，得到不同配比的复合粉末，待用；
18、s2.采用电磁感应装置对预处理过的零件基体进行预热，预热温度为200-350℃；
19、s3.在零件表面激光熔覆逐层制备涂层，每层先熔覆软质材料区域后熔覆硬质材料区域，且下一层增材制造方向相对上一层进行90°旋转，激光功率1600-2600w，光斑直径3-5mm，送粉速率25-30g/min，激光扫描速率8-12mm/s，搭接率40％-60％；
20、s4.将熔覆后的零件进行300-400℃的退火热处理3h，即形成所述耐磨抗冲击仿生结构复合涂层。
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
22、(1)本专利技术的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层中alcocrfeni共晶高熵合金拥有独特的fcc和bcc双相层状复合结构，具有良好的韧性和抗冲击及耐腐蚀性能，但硬度有待提升。利用高硬度的陶瓷颗粒能够进一步增强共晶高熵合金材料的硬度，提高其耐磨性，alcocrfeni共晶高熵合金和高硬度耐磨陶瓷颗粒的有效结合，加上两者良好的润湿效果和匹配性，为共晶高熵合金-陶瓷复合涂层的强韧一体化奠定良好的材料基础。同时，层道交织仿生多层结构的设计，保证在宏观尺度上呈现出“软硬相间”，“强韧相济”的模式；其中强材具有高强度可以保证涂层的强度来抵抗受到的外力冲击，提升抗冲击性能，韧材具有优良的塑韧性塑性变形能力，可以延缓所受到的外力冲击，而在强材与韧材的交界处形成异质界面层，这样的界面层对受外力冲击所产生的裂纹生长可以起到阻碍作用，这样将使得裂纹在软硬金属叠合交织的复杂结构中无序扩展时，会由于密集分布的交织界面处两侧材料强度的不同而产生反复偏转，进而可以达到消耗大量断裂能，吸收外部冲击能量的目的。
23、(2)本专利技术的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层具有独特的水平、垂直方向的软硬交替的“砖-泥”仿贝壳层状结构设计和双相共晶高熵合金及高硬度陶瓷材料设计，使涂层拥有优异的抗冲击性能，还具有优异的耐磨蚀和耐腐蚀性能。
24、(3)本专利技术的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层利用增材制造优势通过激光熔覆制造复合涂层，先对基体进行预热再进行熔覆，大大增强了添加高硬度陶瓷材料的熔覆层与基体之间的元素相互作用，润湿性提高，同时减少了涂层与基体结合处的应力集中，从而避免出现开裂等缺陷产生；并选用特定的激光熔覆参数，保证材料所吸收的能量能使其充分熔化，避本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：包括至少一层仿生结构层，任意一个所述仿生结构层与其上端面和/或下端面的仿生结构层之间相互垂直设置，且该所述仿生结构层的宽度面与其上端面和/或下端面的仿生结构层的长度面位于同一平面上；
2.一种根据权利要求1所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：所述仿生结构层设置有三层，三层所述仿生结构层由下至上分别为依次层叠设置的底层，中间层和面层。
3.一种根据权利要求1或2所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：所述仿生结构层中第一条带设置有N条，所述仿生结构层中第二条带设置有N+1条，其中，N≥1；N条所述第一条与N+1条所述第二条相互交替的排列于同一水平面上。
4.一种根据权利要求2所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：
5.一种根据权利要求2所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：
6.一种根据权利要求1所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：
7.一种根据权利要求1所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：
8.一种
9.一种根据权利要求1所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：
10.一种如前述任一项所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：包括至少一层仿生结构层，任意一个所述仿生结构层与其上端面和/或下端面的仿生结构层之间相互垂直设置，且该所述仿生结构层的宽度面与其上端面和/或下端面的仿生结构层的长度面位于同一平面上；
2.一种根据权利要求1所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：所述仿生结构层设置有三层，三层所述仿生结构层由下至上分别为依次层叠设置的底层，中间层和面层。
3.一种根据权利要求1或2所述的耐磨抗冲击仿生结构复合涂层，其特征在于：所述仿生结构层中第一条带设置有n条，所述仿生结构层中第二条带设置有n+1条，其中，n≥1；n条所述第一条与n+1条所述第二条相互交替...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢冰文，闫星辰，高硕洪，赵国瑞，董真，常成，马汝成，邓朝阳，董东东，刘敏，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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