激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆層制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆層制備方法，高熵合金粉末包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo，另外還分別公開了包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W和Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Cr的高熵合金粉末，以及上述高熵合金粉末用于激光熔覆的熔覆層的制備方法；本發(fā)明高熵合金粉末主要包括其兩種特性，分別為“高熵效應(yīng)”與“雞尾酒效應(yīng)”，每種粉末發(fā)揮各自的優(yōu)點，從而得到高硬度、高耐腐蝕性能與優(yōu)良抗回火軟化性能，具有優(yōu)異組織結(jié)構(gòu)性能的熔覆層；采用激光熔覆使合金層和基體形成冶金結(jié)合，極大地提高熔覆層與基體的結(jié)合強度、加熱速度快，熔覆層金屬不易被基體稀釋，熱變形較小，因而零件報廢率也很低。
【專利說明】
激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆層制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及激光表面改性領(lǐng)域，更加具體地說，涉及激光熔覆用高熵合金粉末及 熔覆層制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)合金以一種元素為主，通過添加少量元素以改善其組織結(jié)構(gòu)和性能，而高熵 合金是最近發(fā)展起來的新型多主元合金，通過多種組元按照等原子比或接近等原子的方法 混合熔煉，從而使多組分元素形成固溶體，雖然高熵合金出現(xiàn)已有十多年，但直到最近它們 的品質(zhì)才可用于科學(xué)研究。目前，高熵合金受到越來越多的關(guān)注，高熵合金通常至少包含5 種金屬元素，并且每一種金屬元素的原子比應(yīng)為5%~35%之間，由于高熵合金具有非常高的 混合熵，常常傾向于形成面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)或體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)簡單固溶體相，而不形 成金屬間化合物或者其他復(fù)雜有序相，獨特的晶體結(jié)構(gòu)使多組元高熵合金呈現(xiàn)出許多優(yōu)異 性能，例如高強度，高韌性，低溫下的高塑性，高的熱軟化抗力，擴散阻擋性能，以及優(yōu)異的 耐磨損、耐氧化、抗輻照、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性，這些優(yōu)異性能使高熵合金具有很好的應(yīng)用 前景，而且目前在一些領(lǐng)域，有一些高熵合金材料已經(jīng)作為功能和結(jié)構(gòu)材料而使用，因此， 高熵合金被認(rèn)為是有較大發(fā)展?jié)摿Φ男滦秃辖痼w系。
[0003] 目前，國內(nèi)外對電弧熔煉法制備的高熵合金顯微組織與性能的研究已取得了很大 成果，雖然人們對高熵合金進行了大量的研究，但通過激光熔覆法制備高熵合金的研究卻 比較少，并且，激光熔覆具有工藝上很大的優(yōu)勢，例如:高的加熱和冷卻速率、對基體的熱影 響小、熔覆層晶粒細(xì)小且在基體中分布均勻、熔覆層與基體為冶金結(jié)合、結(jié)合強度高、熔覆 層厚度最高可達到幾毫等，最重要的是可作為熔覆層的粉末范圍非常廣泛，因此，激光熔覆 技術(shù)制備高熵合金熔覆涂層具有工藝和理論上的可行性，已成為高熵合金研究的一個新熱 點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是公開激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素 粉末組成，各組分原子百分比為16%-19%的Ti、17%-19%的Zr、16%-21%的V、14%-17%的Nb、8%_ 23%的Ta、14%-16%的Mo，所有組分總和為100%，得到合金材料的熔覆層具有較高的顯微硬 度，良好的抗回火軟化性能，較好的抗腐蝕性能。
[0005] 本發(fā)明的目的之二是公開激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mc^PW^t 素粉末組成，各組分原子百分比為1〇%_14%的Ti、9%-15%的Zr、ll%-17%的V、12%-15%的Nb、 7%-23%的Ta、14%-16%的Mo、10%-16%的W，所有組分總和為100%，添加了 W后，得到合金材料的 熔覆涂層的顯微硬度更高，良好的抗回火軟化性能，優(yōu)良抗腐蝕性能（與304不銹鋼抗腐蝕 性能相當(dāng)）。
[0006] 本發(fā)明的目的之三是公開激光熔覆用高熵合金粉末，由1^、2^￥、他3&、1〇、1和 Cr元素粉末組成，各組分原子百分比為9%-13%的Ti、9%-14%的Zr、10%-13%的V、11%-14%的 恥、13%-29%的了&、11%-14%的]?〇、9%-15°屠、10%-13%0，所有組分總和為100%，添加了￥和0 后，得到合金材料的激光熔覆層的抗腐蝕性更高(優(yōu)于304不銹鋼），較高的顯微硬度，良好 的抗回火軟化性能。
[0007] 所述各個組分純度均大于等于99.9%。
[0008] 本發(fā)明的目的之四是提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以 下步驟： (1)將各個粉末混合后，進行真空球磨，球磨時間不少于3小時，充分混合，得到合金粉 末，粉末粒徑為180-325目； (2 )將步驟(1)得到的合金粉末與粘結(jié)劑混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90-95% 的合金粉末與5-10%的粘結(jié)劑組成，將涂覆材料均勻涂覆在經(jīng)過常規(guī)方法除銹除油處理過 的45號鋼基體材料表面，行成預(yù)制層，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，進行激光熔覆 時的工藝參數(shù)為:激光功率為3000-3500W，掃描速度為200-300mm/min，光斑直徑為3.0mm、 離焦量為20mm，保護氣體采用氬氣，氣體流量為6-12L/min。
[0009] 步驟(2)步驟(2)所述粘結(jié)劑為無水乙醇。
[00?0] 步驟(2)所述預(yù)制層的厚度為0.8-1.2mm。
[0011] 本發(fā)明的有益效果： (1)本發(fā)明提供了三種完全由高熔點金屬元素組成的高熵合金粉末，選擇的粉末為Ti、 2^￥、他3&、1〇、1、0，每種金屬粉末發(fā)揮各自的優(yōu)點，11:鈦元素可促進合金形成樹枝晶， 并且含有較大原子鈦的合金可提高材料的晶格畸變和硬度，其次鈦又可作為強脫氧劑，鈦 也體現(xiàn)了很好的抗腐蝕性能;Zr:具有良好的可塑性、抗蝕性能，在100°C以下能抵抗各種 濃度鹽酸、硝酸以及50%以下濃度硫酸的腐蝕，在高溫下鋯具有良好的吸氣性;V:具有較好 的耐腐蝕性能，亦能耐氫氟酸以外的非氧化性酸和堿溶液的侵蝕，釩的加入對枝晶組織沒 有影響，但卻使得枝晶區(qū)域內(nèi)的納米級粒子均勻分布，釩又可作為優(yōu)良的脫氧劑;Nb:鈮具 有良好的耐蝕性，鈮的抗腐蝕性依賴于非常致密、堅固的氧化層的形成，其可提高合金的抗 大氣腐蝕及高溫抗氫、氮、氨腐蝕能力，也可提高合金強度;Ta:鉭的抗蝕能力與玻璃相當(dāng)， 鉭對間隙元素的容限及合理的彈性模量使它作為合金的基體元素極富吸引力;Cr:鉻能顯 著提高合金的強度、硬度、壓縮和耐磨性，鉻含量的增加可使合金的凝固模式從亞共晶向過 共晶凝固轉(zhuǎn)變，并且鉻又能提高合金的抗氧化性和耐腐蝕性;Mo:鉬不可被普通酸所侵蝕 或溶解，溶于王水或氫氟酸和硝酸的混合物，常溫下不被堿溶液所侵蝕，可提高合金的淬透 性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力，也可提高合金的紅性;W:鎢可增 強耐磨性、耐蝕性及抗熱過敏感性又可提高材料的紅硬性與熱強性，并且其具有較好的抗 氧化性和抗熱震性，以及很好的抗燒損和抗沖刷能力。由于高熵合金特有的"高熵效應(yīng)"與 "雞尾酒效應(yīng)"，本發(fā)明專利選擇以上元素中的六種以上的成分，并將以上元素進行組合，所 得熔覆涂層具有高硬度、高耐腐蝕性能、優(yōu)良抗回火軟化性能。
[0012] (2)本發(fā)明中的高熵合金粉末為有目的調(diào)控不同成分與配比，期望得到不同性能 以適應(yīng)不同工況的使用。
[0013] (3)采用激光熔覆使熔覆層和基體形成冶金結(jié)合，極大地提高熔覆層與基體的結(jié) 合強度，加熱速度快，熔覆涂層元素不易被基體稀釋，熱變形較小，因而零件報廢率也很低。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0015] 本發(fā)明所述各個金屬元素來源與藥品包裝信息如下表所示：
[0016] 實施例1 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末組成，各組分 原子百分比為16%的Ti、17%的Zr、16%的V、14%的Nb、23%的Ta、14%的Mo。
[0017] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨3小時，充分混合，得到合 金粉末，粉末粒徑為180-250目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)91%的 合金粉末與9%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有 酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬的45號鋼基體材料表面，行成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為 0.8mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光熔覆工藝為:激光功率為3000W，掃 描速度為200mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流量為8L/ min〇
[0018] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.4倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，抗腐蝕性能較好，但略 低于304不銹鋼。
[0019] 實施例2 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末組成，各組分 原子百分比為18%的Ti、18%的Zr、19%的V、15%的Nb、15%的Ta、15%的Mo。
[0020] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個合金粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨4小時，充分混合，得 到合金粉末，粉末粒徑為200-300目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90%的 合金粉末與10%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1_，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光熔覆工藝為： 激光功率為3200W，掃描速度為250mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬 氣，氣體流量為6L/min。
[0021] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.6倍;在600°C、750°C、900°C下進行熱處理，溫度小于900°C時高熵合金熔 覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué)工 作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Tafel曲線 外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，抗腐蝕性能較好，但略低 于304不銹鋼。
[0022] 實施例3 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末組成，各組分 原子百分比為19%的Ti、19%的Zr、21%的V、17%的Nb、8%的Ta、16%的Mo。
[0023] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個合金粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨3.5小時，充分混合， 得到合金粉末，粉末粒徑為250-325目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)95%的 合金粉末與5%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1.2mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3500W，掃描速度為300mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流 量為 12L/min。
[0024] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF: HN03: H20=l: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.3倍;在600°C、750°C、900°C下進行熱處理，溫度小于900°C時高熵合金熔 覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué)工 作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Tafel曲線 外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，抗腐蝕性能較好，但略低 于304不銹鋼。
[0025] 實施例4 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由!1、2^￥、他3&、1〇和1元素粉末組成，各組 分原子百分比為 10%的 Ti、14.5%的 Zr、11%的 V、12%的 Nb、23%的 Ta、14%的Mo、15.5%的 W。
[0026] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨3小時，充分混合，得到合 金粉末，粉末粒徑為180-280目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)93%的 合金粉末與7%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為〇.8mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3000W，掃描速度為200mm/min，光班直徑為3.5mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體 流量為8L/min。
[0027] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.5倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有良好的抗 腐蝕性能，且與304不銹鋼相當(dāng)。
[0028] 實施例5 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由!1、2^￥、他3&、1〇和1元素粉末組成，各組 分原子百分比為 13.5%的 Ti、9%的 Zr、16%的 V、14.5%的 Nb、22%的 Ta、15%的Mo、10%的 W。
[0029] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨5小時，充分混合，得到合 金粉末，粉末粒徑為240-300目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90%的 合金粉末與10%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1.1mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3300W，掃描速度為250mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流 量為 6L/min〇
[0030] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.8倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有良好的抗 腐蝕性能，且與304不銹鋼相當(dāng)。
[0031] 實施例6 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由!1、2^￥、他3&、1〇和1元素粉末組成，各組 分原子百分比為14%的Ti、15%的Zr、17%的V、15%的Nb、7%的Ta、16%的Mo、16%的W。
[0032] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個粉末混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨6小時，充分混合，得到合金粉末， 粉末粒徑為250-325目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)95%的 合金粉末與5%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1.2mm，干燥通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3500W，掃描速度為300mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流 量為 12L/min。
[0033] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.7倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有良好的抗 腐蝕性能，且與304不銹鋼相當(dāng)。
[0034] 實施例7 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由!1、2^￥、他3&、10、1和〇元素粉末組成， 各組分原子百分比為9%的Ti、9%的Zr、11%的V、12%的Nb、29%的Ta、11%的Mo、9%的W、10%的Cr。
[0035]提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨3小時，充分混合，得到合 金粉末，粉末粒徑為180-220目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90%的 合金粉末與10%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為〇.8mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3000W，掃描速度為200mm/min，光班直徑為3.5mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體 流量為8L/min。
[0036] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.6倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有優(yōu)異的抗 腐蝕性能，并且優(yōu)于304不銹鋼。
[0037] 實施例8 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，合金粉末由1^、2^￥、他3&、10、1和〇元素粉 末組成，各組分原子百分比為13%的Ti、14%的Zr、13%的V、14%的Nb、13%的Ta、12%的Mo、10%的 W、11%的Cr〇
[0038] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個合金粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨4.5小時，充分混合， 得到合金粉末，粉末粒徑為200-250目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)95%的 合金粉末與5%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆涂層，其中激光功率為 3400W，掃描速度為300mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流 量為 6L/min〇
[0039] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高2.9倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有優(yōu)異的腐 蝕性能，并且優(yōu)于304不銹鋼。
[0040] 實施例9 本實施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由!1、2^￥、他3&、10、1和〇元素粉末組成， 各組分原子百分比為10%的Ti、10%的Zr、10%的V、11%的Nb、17%的Ta、14%的Mo、15%的W、13%的 Cr〇
[0041] 提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆層制備方法，包括以下步驟： (1) 將各個合金粉末按比例混合后，全部導(dǎo)入真空球磨罐中，球磨5.5小時，充分混合， 得到合金粉末，粉末粒徑為240-325目； (2) 將步驟(1)得到的合金粉末與無水乙醇混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)92%的 合金粉末與8%的無水乙醇組成，將涂覆材料均勻涂覆在45號鋼基體材料表面，其中45號鋼 基體材料經(jīng)粗磨去除表面氧化皮、再經(jīng)盛有酒精的超聲清洗機清洗去除表面污漬處理，行 成預(yù)制層，預(yù)制層厚度為1.2mm，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，其中激光功率為 3500W，掃描速度為250mm/min，光班直徑為3mm、離焦量為20mm、保護氣體采用氬氣，氣體流 量為 12L/min。
[0042] 通過線切割制備出熔覆層樣品，并采用氫氟酸硝酸水溶液腐蝕樣品，腐蝕時間為 1.5min，腐蝕溶液各組分的體積比為HF:HNO 3:H2O=I: 2:25，進行下一步微觀表征與性能測 試，采用HVS-1000A型顯微硬度儀測量熔覆層的顯微硬度，其中熔覆層與母材分別不同位置 測量五個值，并去除最大與最小值之后取平均值，實驗結(jié)果所示，激光熔敷后平均的顯微硬 度相對母材提高3.4倍;在600 °C、750 °C、900 °C下進行熱處理，當(dāng)溫度小于900 °C時高熵合金 熔覆層硬度依然保持較高數(shù)值，熔覆層具有良好的抗回火軟化性能;采用CHI-660E電化學(xué) 工作站測定高熵合金熔覆層在3.5%NaCl電解液中的動電位極化曲線，并利用陰極Taf el曲 線外插與腐蝕電位相交得到腐蝕電位與腐蝕電流值，實驗結(jié)果顯示，熔覆層具有優(yōu)異的腐 蝕性能，并且優(yōu)于304不銹鋼。
[0043]高熵合金的發(fā)展還處于起步階段，對于高熵合金的基礎(chǔ)研究還未形成完整的理論 體系，目前我們可以通過性能的測試間接的確定是否形成名義上的高熵合金。
[0044] 表1為實施例1-9得到的熔覆層顯微硬度值，從表中可以看出，在相同實驗參數(shù)的 條件下，隨著合金中元素數(shù)量的增加，熔覆層的平均顯微硬度呈遞增趨勢，且都優(yōu)于母材， 實施例8的最高硬度達到697Hv，較母材提高3.0倍，主要是因為高熵合金所具有的高熵效應(yīng) 與晶格畸變效應(yīng)，使熔覆層硬度明顯提高。
[0045] 表2為實施例1-9的抗腐蝕性能數(shù)據(jù)，包括腐蝕電位與腐蝕電流值，可知，實施例1、 2、3所測腐蝕電位值低于304不銹鋼的腐蝕電位值，腐蝕電流值高于304不銹鋼，但數(shù)值與 304不銹鋼相差不大，證明TiZrVNbTaMo高熵合金熔覆層具有較好的腐蝕性能，但腐蝕性能 略差于304不銹鋼；實施例4、5、6所測腐蝕電位值與腐蝕電流值均與304不銹鋼接近，證明 TiZrVNbTaMoW高熵合金熔覆層具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，且抗腐蝕性能與304不銹鋼相當(dāng);實 施例7、8、9所測腐蝕電位值高于304不銹鋼的腐蝕電位值，腐蝕電流值與304不銹鋼處于同 一數(shù)量級，且數(shù)值低于304不銹鋼，證明TiZrVNbTaMoWCr高熵合金熔覆層具有優(yōu)異的抗腐蝕 性能，實施例9的抗腐蝕性能最強，主要是因為相對于實施例7與8,實施例9所含Cr元素較 多，Cr元素對于提高合金抗腐蝕性能具有積極作用。
[0046]表3為實施例1-9在回火處理后熔覆層顯微硬度值，主要體現(xiàn)高熵合金熔覆層抗回 火軟化性能，可知，涂層在900°C以內(nèi)熱處理后，所測硬度值較未熱處理的硬度值變化不大， 證明當(dāng)不超過900°C時熔覆層具有良好的抗回火軟化性能。
[0047]因此，按照本發(fā)明設(shè)計的合金粉末的配比，可以根據(jù)工況的使用條件，獲得具有高 硬度、優(yōu)異的抗回火軟化性能、高耐腐蝕性能的熔覆層，并且可以避免生成大量的金屬間化 合物，為不同尺寸零部件表面以及低等級材料表面改性提供了新的熔覆層材料，因而具有 廣闊的應(yīng)用價值。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任 何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本 發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各組分原子百分比為 16%-19%的 Ti、17%-19%的 Zr、16%-21%的 V、14%-17%的 Nb、8%-23%的 Ta、14%-16%的 Mo，所有組 分總和為100%。3. 激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由!1、2^￥、他3&、1〇和1元素粉末組成。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各組分原子百分比為 10%-14%的Ti、9%-15%的Zr、11%-17%的V、12%-15%的Nb、7%-23%的Ta、14%-16%的Mo、10%-16% 的W，所有組分總和為100%。5. 激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由1^、2^￥、他、了&、1〇、1和(^元素粉末組 成。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各組分原子百分比為 9%-13%的Ti、9%-14%的Zr、10%-13%的V、11%-14%的Nb、13%-29%的Ta、11%-14%的Mo、9%-15%W、 10%-13% Cr，所有組分總和為100%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各個組分純 度均大于等于99.9%。8. 權(quán)利要求1-7任意一項所述激光熔覆用高熵合金粉末的熔覆層制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： (1) 將各個粉末混合后，進行真空球磨，球磨時間不少于3小時，充分混合，得到合金粉 末，粉末粒徑為180-325目； (2) 將步驟（1)得到的合金粉末與粘結(jié)劑混合，得到涂覆材料，其由質(zhì)量百分?jǐn)?shù)90-95% 的合金粉末與5-10%的粘結(jié)劑組成，將涂覆材料均勻涂覆在經(jīng)過常規(guī)方法除銹除油處理過 的45號鋼基體材料表面，行成預(yù)制層，干燥后通過激光熔覆即可獲得熔覆層，進行激光熔覆 時的工藝參數(shù)為:激光功率為3000-3500W，掃描速度為200-300mm/min，光斑直徑為3.0mm、 離焦量為20mm，保護氣體采用氬氣，氣體流量為6-12L/min。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述激光熔覆用高熵合金粉末的熔覆層制備方法，其特征在于，步驟 (2)所述粘結(jié)劑為無水乙醇。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述激光熔覆用高熵合金粉末的熔覆層制備方法，其特征在于，步 驟(2)所述預(yù)制層的厚度為0.8-1.2mm。
【文檔編號】C23C24/10GK106086580SQ201610609730
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610609730.0, CN 106086580 A, CN 106086580A, CN 201610609730, CN-A-106086580, CN106086580 A, CN106086580A, CN201610609730, CN201610609730.0
【發(fā)明人】劉洪喜, 穆永坤, 張曉偉, 董濤
【申請人】昆明理工大學(xué)