一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法，属于合金涂层及其制备技术领域。所述制备方法采用轧制态Q235A钢作为基体材料，采用煤炭伴生资源粉煤灰作为活性剂，氩弧熔覆方法制备得到了活性氩弧熔覆高熵合金涂层Fe

Active argon arc cladding high entropy alloy coating and preparation method thereof

The invention discloses an active argon arc cladding high entropy alloy coating and a preparation method thereof, belonging to the technical field of alloy coating and the preparation technology thereof. The preparation method adopts the rolling Q235A steel as the base material, adopts the coal associated resource, the fly ash as the active agent, and the argon arc cladding method is adopted to prepare the active argon arc cladding high entropy alloy coating Fe

【技术实现步骤摘要】
一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法
本专利技术属于合金涂层及其制备
，具体地说，是指一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法。
技术介绍
随着科技的飞速发展，材料领域中新材料方面的研究已成为人们研究的新方向。因此，复合材料因其所具有的优异性能成为研究热点，并且通过应用外加、原位生成各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等的方法制备出的复合材料已成功的应用在工业及实际生产中。叶均蔚等(叶均蔚.高乱度多元合金:CN,CN1353204[P].2002)在20世纪90年代提出的高熵合金，因其具有的较高的强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温软化等性能备受关注。高熵合金即为多主元高熵合金，又称多主元高混乱度合金，是以多种元素为主元的合金(主元数目n≥5)，各主要元素的原子百分比都较高，但不超过35％。近年来，人们在对高熵合金研究的基础上，开始对高熵合金基复合材料也进行研究，但相关报道还很少，对于其相组成、增强相的形成、强化机理以及界面的结构组成等在国内外期刊都很少报道。目前，制备高熵合金材料的方法有很多，但是每一种制备方法都具其优势，同时也会带有弊端。所以在高熵合金的制备过程中，必须根据所选元素及所需合金具有的性能、用途来选择适合的制备方法。研究表明，粉末冶金法、高(中)频感应炉加热以及熔铸的方法是制备块状高熵合金材料的主要方法；机械合金化法是高熵合金粉料的主要制备方法；高熵合金涂层材料的制备则一般采用的是热喷涂法、激光快速熔凝法、激光熔覆法及氩弧熔覆法；对于高熵合金薄膜材料，主要采用磁控溅射法和电化学沉积法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题和需求，本专利技术采用氩弧熔覆的方法在Q235钢表面制备了采用煤炭伴生资源粉煤灰作为活性剂的活性FexAlCrCuCoTi0.4(x＝0，1)高熵合金涂层，采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨粒磨损实验机和冲蚀磨损实验机对活性高熵合金涂层的组织、结构和摩擦磨损性能进行测试与分析。本专利技术首先提供一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，所述的制备方法具体步骤如下：第一步，基体的制备。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后用角磨机打磨，除去其表面的氧化皮和铁锈，最后用丙酮清洗其表面，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。第二步，制备高铝粉煤灰活性剂。采用高铝粉煤灰进行脱碳处理，向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO2、B2O3和Ti；并以此为基础，额外添加质量百分含量为5％的La2O3粉末，得到高铝粉煤灰活性剂。其中，按照质量百分比，脱碳处理后的高铝粉煤灰:SiO2:B2O3:Ti＝60％:13.8％:25.4％:0.8％。所述的脱碳处理条件为：将高铝粉煤灰置于SX2-8-10型中温箱式中800℃保温2h，得到脱碳处理后的高铝粉煤灰。第三步，高熵合金涂层材料选取。选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素作为高熵合金的元素，各元素摩尔比为x:1:1:1:1:0.4，即FexAlCoCrCuTi0.4(x＝0,1)其中，Fe1(x＝1)指外加Fe粉的摩尔比为1，Fe0(x＝0)指不外加Fe粉，而利用氩弧熔覆时基体融化提供的Fe原子。第四步，将高熵合金涂层材料粉末混合均匀，将粉末压成预制块，将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h。第五步，将高铝粉煤灰活性剂与丙酮溶剂混合制备悬浊液，涂覆在基体Q235钢表面，并将预制块用少量水玻璃粘在其上。第六步，氩弧熔覆制备活性氩弧熔覆高熵合金涂层。氩弧熔覆制备工艺参数包括：焊接电流180～220A，焊接速度60～80mm·min-1，氩气流量6～7.5L·min-1，电弧长度2～4mm。所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。优选的，所述的氩弧熔覆工艺参数为：焊接电流200A，焊接速度75mm·min-1，氩气流量6L·min-1，电弧长度3.5mm。通过上述方法制备得到一种FexAlCrCuCoTi0.4(x＝0，1)系活性高熵合金涂层，所述活性氩弧熔覆高熵合金涂层的组织结构由BCC相和FCC相组成。其中，Fe1AlCrCuCoTi0.4高熵合金涂层与基体间呈冶金结合，显微硬度高达524.9HV0.2，约为基体的3.07倍。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术采用氩弧熔覆的方法，以Q235钢为基体，制备活性氩弧熔覆高熵合金涂层，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要。(2)促进了活性氩弧熔覆高熵合金涂层在材料表面工程上的广泛应用。附图说明图1是本专利技术中(a)活性Fe1涂层(b)活性Fe0涂层的表面形貌。图2是本专利技术中(a)活性Fe1涂层(b)活性Fe0涂层的截面形貌。图3是本专利技术中(a)活性Fe1涂层(b)活性Fe0涂层的XRD谱图。图4是本专利技术中(a)活性Fe1涂层(b)活性Fe0涂层的中部显微组织示意图。图5是本专利技术中活性Fe1涂层和活性Fe0涂层的显微硬度分布曲线。图6是本专利技术中涂层和基体在载荷为(a)40N(b)60N时磨粒磨损性能失重对比曲线。图7是本专利技术中涂层和基体的不同转速冲蚀磨损性能失重曲线，(a)200r/min，(b)300r/min，(c)400r/min，(d)不同转速冲蚀磨损曲线。图8是本专利技术中涂层和基体的不同介质浓度下冲蚀磨损性能失重曲线，(a)5000:1600，(b)5000:2800，(c)5000:4000，(d)不同介质浓度下失重曲线。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法，所述的制备方法具体步骤如下：第一步，基体的制备。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，其成分组成如表1所示。进行实验前，首先将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后用角磨机打磨，除去其表面的氧化皮和铁锈，最后用丙酮清洗其表面，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用。表1Q235A钢的化学成分(Wt％)第二步，制备高铝粉煤灰活性剂。采用内蒙古准格尔发电厂提供的高铝粉煤灰作为复合活性剂的主要原料，成分见表2。由于电厂的粉煤灰中含有少量的未燃尽的C，实验前需将其放在电阻炉中进行脱碳处理，即将其置于SX2-8-10型中温箱式中800℃保温2h，得到脱碳处理后的高铝粉煤灰。向所述的脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO2、B2O3和Ti元素，质量百分比含量关系为：脱碳处理后的高铝粉煤灰:SiO2:B2O3:Ti:La2O3＝60％:13.8％:25.4％:0.8％。在上述(60％脱碳处理后的高铝粉煤灰+13.8％SiO2+25.4％B2O3+0.8％Ti)的基础上，再添加质量百分含量为5％的La2O3粉末，形成高铝粉煤灰活性剂。表2高铝粉煤灰的成分(Wt％)第三步，涂层材料选取。选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素作为高熵合金的主元元素，各元素之间的原子半径差小于12％。元素Fe、Al、Co、Cr、Cu、Ti摩尔比为x：1：1：1：1：0.4，即FexAlCoCrCuTi0.4(x＝0，1)其中，Fe1(x＝1)指外加Fe粉的摩尔比为1，Fe0(x＝0)指不外加Fe粉，而利用氩弧熔覆时基体融化提供的Fe原子。第四步，根据配方称量所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：所述的制备方法具体步骤如下：第一步，基体的预处理；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用；第二步，制备高铝粉煤灰活性剂；采用高铝粉煤灰进行脱碳处理，向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO

【技术特征摘要】
1.一种活性氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：所述的制备方法具体步骤如下：第一步，基体的预处理；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，将钢板制备成尺寸为100mm×30mm×8mm的试样，然后打磨，清洗，并用吹风机将其吹干，置于干燥箱中备用；第二步，制备高铝粉煤灰活性剂；采用高铝粉煤灰进行脱碳处理，向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO2、B2O3和Ti；并以此为基础，额外添加质量百分含量为5％的La2O3粉末，得到高铝粉煤灰活性剂；其中，按照质量百分比：脱碳处理后的高铝粉煤灰:SiO2:B2O3:Ti＝60％:13.8％:25.4％:0.8％；第三步，高熵合金涂层材料选取；选择Fe、Al、Cr、Cu、Co、Ti六种元素作为高熵合金的元素，各元素摩尔比为x:1:1:1:1:0.4，即FexAlCoCrCuTi0.4，其中，x＝0指不外加Fe粉，而利用氩弧熔覆时基体融化提供的Fe原子；第四步，将高熵合金涂层材料粉末混合均匀，将粉末压成预制块，将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h。第五步，将高铝粉煤灰活性剂与丙酮溶剂混合制备悬浊液，涂覆在基体Q235钢表面，并将预制块用少量水玻璃粘在其上；第六步，氩弧熔覆制备活性氩弧熔覆高熵合金涂层；氩弧熔覆制备工艺参数包括：焊接电流180～220A，焊接速度60～80mm·min-1，氩气流量6～7.5L·min-1，电弧长度2～4mm。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董世知，马壮，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21