激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆层制备方法技术

本发明专利技术公开了激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆层制备方法，高熵合金粉末包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo，另外还分别公开了包括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层的制备方法；本发明专利技术高熵合金粉末主要包括其两种特性，分别为“高熵效应”与“鸡尾酒效应”，每种粉末发挥各自的优点，从而得到高硬度、高耐腐蚀性能与优良抗回火软化性能，具有优异组织结构性能的熔覆层；采用激光熔覆使合金层和基体形成冶金结合，极大地提高熔覆层与基体的结合强度、加热速度快，熔覆层金属不易被基体稀释，热变形较小，因而零件报废率也很低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光表面改性领域，更加具体地说，涉及激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆层制备方法。
技术介绍
传统合金以一种元素为主，通过添加少量元素以改善其组织结构和性能，而高熵合金是最近发展起来的新型多主元合金，通过多种组元按照等原子比或接近等原子的方法混合熔炼，从而使多组分元素形成固溶体，虽然高熵合金出现已有十多年，但直到最近它们的品质才可用于科学研究。目前，高熵合金受到越来越多的关注，高熵合金通常至少包含5种金属元素，并且每一种金属元素的原子比应为5%～35%之间，由于高熵合金具有非常高的混合熵，常常倾向于形成面心立方结构（FCC）或体心立方结构（BCC）简单固溶体相，而不形成金属间化合物或者其他复杂有序相，独特的晶体结构使多组元高熵合金呈现出许多优异性能，例如高强度，高韧性，低温下的高塑性，高的热软化抗力，扩散阻挡性能，以及优异的耐磨损、耐氧化、抗辐照、耐腐蚀性和热稳定性，这些优异性能使高熵合金具有很好的应用前景，而且目前在一些领域，有一些高熵合金材料已经作为功能和结构材料而使用，因此，高熵合金被认为是有较大发展潜力的新型合金体系。目前，国内外对电弧熔炼法制备的高熵合金显微组织与性能的研究已取得了很大成果，虽然人们对高熵合金进行了大量的研究，但通过激光熔覆法制备高熵合金的研究却比较少，并且，激光熔覆具有工艺上很大的优势，例如：高的加热和冷却速率、对基体的热影响小、熔覆层晶粒细小且在基体中分布均匀、熔覆层与基体为冶金结合、结合强度高、熔覆层厚度最高可达到几毫等，最重要的是可作为熔覆层的粉末范围非常广泛，因此，激光熔覆技术制备高熵合金熔覆涂层具有工艺和理论上的可行性，已成为高熵合金研究的一个新热点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是公开激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末组成，各组分原子百分比为16%-19%的Ti、17%-19%的Zr、16%-21%的V、14%-17%的Nb、8%-23%的Ta、14%-16%的Mo，所有组分总和为100%，得到合金材料的熔覆层具有较高的显微硬度，良好的抗回火软化性能，较好的抗腐蚀性能。本专利技术的目的之二是公开激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo和W元素粉末组成，各组分原子百分比为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，所有组分总和为100%，添加了W后，得到合金材料的熔覆涂层的显微硬度更高，良好的抗回火软化性能，优良抗腐蚀性能（与304不锈钢抗腐蚀性能相当）。本专利技术的目的之三是公开激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W 和Cr元素粉末组成，各组分原子百分比为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，所有组分总和为100%，添加了W和Cr后，得到合金材料的激光熔覆层的抗腐蚀性更高（优于304不锈钢），较高的显微硬度，良好的抗回火软化性能。所述各个组分纯度均大于等于99.9%。本专利技术的目的之四是提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆层制备方法，包括以下步骤：（1）将各个粉末混合后，进行真空球磨，球磨时间不少于3小时，充分混合，得到合金粉末，粉末粒径为180-325目；（2）将步骤（1）得到的合金粉末与粘结剂混合，得到涂覆材料，其由质量百分数90-95%的合金粉末与5-10%的粘结剂组成，将涂覆材料均匀涂覆在经过常规方法除锈除油处理过的45号钢基体材料表面，行成预制层，干燥后通过激光熔覆即可获得熔覆层，进行激光熔覆时的工艺参数为：激光功率为3000-3500W，扫描速度为200-300mm/min，光斑直径为3.0mm、离焦量为20mm，保护气体采用氩气，气体流量为6-12L/min。步骤（2）步骤（2）所述粘结剂为无水乙醇。步骤（2）所述预制层的厚度为0.8-1.2mm。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供了三种完全由高熔点金属元素组成的高熵合金粉末，选择的粉末为Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Cr，每种金属粉末发挥各自的优点，Ti: 钛元素可促进合金形成树枝晶，并且含有较大原子钛的合金可提高材料的晶格畸变和硬度，其次钛又可作为强脱氧剂，钛也体现了很好的抗腐蚀性能；Zr: 具有良好的可塑性、抗蚀性能，在100℃以下能抵抗各种浓度盐酸、硝酸以及50%以下浓度硫酸的腐蚀，在高温下锆具有良好的吸气性；V: 具有较好的耐腐蚀性能，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸和碱溶液的侵蚀，钒的加入对枝晶组织没有影响，但却使得枝晶区域内的纳米级粒子均匀分布，钒又可作为优良的脱氧剂；Nb: 铌具有良好的耐蚀性，铌的抗腐蚀性依赖于非常致密、坚固的氧化层的形成，其可提高合金的抗大气腐蚀及高温抗氢、氮、氨腐蚀能力，也可提高合金强度；Ta: 钽的抗蚀能力与玻璃相当，钽对间隙元素的容限及合理的弹性模量使它作为合金的基体元素极富吸引力；Cr: 铬能显著提高合金的强度、硬度、压缩和耐磨性，铬含量的增加可使合金的凝固模式从亚共晶向过共晶凝固转变，并且铬又能提高合金的抗氧化性和耐腐蚀性；Mo: 钼不可被普通酸所侵蚀或溶解，溶于王水或氢氟酸和硝酸的混合物，常温下不被碱溶液所侵蚀，可提高合金的淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，也可提高合金的红性；W: 钨可增强耐磨性、耐蚀性及抗热过敏感性又可提高材料的红硬性与热强性，并且其具有较好的抗氧化性和抗热震性，以及很好的抗烧损和抗冲刷能力。由于高熵合金特有的“高熵效应”与“鸡尾酒效应”，本专利技术专利选择以上元素中的六种以上的成分，并将以上元素进行组合，所得熔覆涂层具有高硬度、高耐腐蚀性能、优良抗回火软化性能。（2）本专利技术中的高熵合金粉末为有目的调控不同成分与配比，期望得到不同性能以适应不同工况的使用。（3）采用激光熔覆使熔覆层和基体形成冶金结合，极大地提高熔覆层与基体的结合强度，加热速度快，熔覆涂层元素不易被基体稀释，热变形较小，因而零件报废率也很低。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术所述各个金属元素来源与药品包装信息如下表所示：各个金属元素物理化学性质如下表所示：。实施例1本实施例所述激光熔覆用高熵合金粉末，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末组成，各组分原子百分比为16%的Ti、17%的Zr、16%的V、14%的Nb、23%的Ta、14%的Mo。提供所述激光熔覆用高熵合金粉末熔覆层制备方法，包括以下步骤：（1）将各个粉末按比例混合后，全部导入真空球磨罐中，球磨3小时，充分混合，得到合金粉末，粉末粒径为180-250目；（2）将步骤（1）得到的合金粉末与无水乙醇混合，得到涂覆材料，其由质量百分数91%的合金粉末与9%的无水乙醇组成，将涂覆材料均匀涂覆在经粗磨去除表面氧化皮、再经盛有酒精的超声清洗机清洗去除表面污渍的45号钢基体材料表面，行成预制层，预制层厚度为0.8mm，干燥后通过激光熔覆即可获得熔覆层，其中激光熔覆工艺为：激光功率为3000W，扫描速度为200mm/min，光班直径为3mm、离焦量为20mm、保本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由Ti、Zr、V、Nb、Ta和Mo元素粉末组成。

【技术特征摘要】
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元素粉末组成。2.根据权利要求1所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各组分原子百分比为16%-19%的Ti、17%-19%的Zr、16%-21%的V、14%-17%的Nb、8%-23%的Ta、14%-16%的Mo，所有组分总和为100%。3.激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo和W元素粉末组成。4.根据权利要求3所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各组分原子百分比为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，所有组分总和为100%。5.激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W 和Cr元素粉末组成。6.根据权利要求5所述激光熔覆用高熵合金粉末，其特征在于，各组分原子百分比为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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪喜，穆永坤，张晓伟，董涛，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53