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。所述制备方法以Q235钢为基体，Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素为组成高熵合金元素，利用氩弧熔覆的方法制备了高熵合金涂层。制备得到的高熵合金涂层中，Fe

Argon arc cladding high entropy alloy coating and preparation method thereof

The invention discloses an 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 takes Q235 steel as the base, and Fe, Al, Cr, Cu, Co and Ti elements form high entropy alloy elements, and uses the argon arc cladding method to prepare the high entropy alloy coating. In the prepared high entropy alloy coating, Fe

【技术实现步骤摘要】
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，是指一种氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法和应用。
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，本专利技术根据配置高熵合金的相关规律，选择合适的金属元素粉料(Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素)，制备高熵合金粉料。以Q235钢为基体，Fe、Al、Cr、Cu、Co及Ti元素为组成高熵合金的主要元素，利用氩弧熔覆的方法制备了高熵合金涂层。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氩弧熔覆高熵合金涂层及活性氩弧熔覆高熵合金涂层的显微组织结构和力学性能进行测试并分析。本专利技术提供的氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，包括如下步骤：第一步，基体的制备。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，打磨，清洗，吹干，置于干燥箱中备用。第二步，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元素，设计FexAlCrCuCoTi0.4(x＝1,0)高熵合金涂层配比。第三步，氩弧熔覆A-TIG焊接方法制备氩弧熔覆高熵合金涂层。根据配方称量所需高温合金元素的粉末，然后压成预制块。将预制块置于基体表面，利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：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。优选的，所述的焊接速度为75mm·min-1，氩气流量6L·min-1，电弧长度3.5mm，焊接电流200A。所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。上述方法制备得到的高熵合金涂层中，FexAlCrCuCoTi0.4(x＝0，1)系高熵合金涂层中的组织结构均由单一的BCC相组成，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。涂层的磨粒磨损和耐冲蚀磨损性能均相对于基体有很大提高。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术实现氩弧熔覆工艺与先进的高熵合金材料相结合，促进了高熵合金在材料表面工程上的广泛应用。(2)本专利技术采用氩弧熔覆的方法，以Q235钢为基体，制备高熵合金涂层，改善了材料表面硬度、耐磨性，满足实际生产需要。附图说明图1A、1C和1E是本专利技术中Fe1涂层在焊接电流分别为180A、200A和220A时的高熵合金涂层表面形貌示意图。图1B、1D和1F是本专利技术中Fe0涂层在焊接电流分别为180A、200A和220A时的高熵合金涂层表面形貌示意图。图2A、2C和2E是本专利技术中Fe1涂层在焊接电流分别为180A、200A和220A时的高熵合金涂层截面形貌示意图。图2B、2D和2F是本专利技术中Fe0涂层在焊接电流分别为180A、200A和220A时的高熵合金涂层截面形貌示意图。图3A和图3B分别为Fe1涂层和Fe0涂层的XRD谱图。图4A和图4B分别为Fe1涂层和Fe0涂层中部显微组织图像。图5为Fe1涂层和Fe0涂层显微硬度分布曲线。图6A和图6B分别为载荷40N和60N时测得的磨粒磨损性能失重曲线。图7A～7D分别为转速200r/min、300r/min、400r/min的冲蚀磨损性能曲线以及不同转速条件下失重曲线。图8A～8D分别为介质浓度为5000:1600、5000::2800、5000:4000的冲蚀磨损性能以及不同介质浓度下的失重曲线。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。本专利技术首先提供一种氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，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Q235A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，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，各元素之间的原子半径差小于12％。设计FexAlCrCuCoTi0.4(x＝1,0)高熵合金涂层配比。为方便起见，将高熵合金涂层记为Fex涂层，即Fe1涂层、Fe0涂层。第三步，氩弧熔覆A-TIG焊接方法制备氩弧熔覆高熵合金涂层。根据配方称量所需粉末的质量，放在研钵中，加入适量的模数为2.5的水玻璃，研磨均匀后倒入尺寸为80mm×10mm×2mm长方体模具中，使用WE-30液压式万能实验机在110MPa压力下将润湿粉末压成预制块，将压好的预制块阴干24h后放置在烘干箱中150℃烘干2h。然后再利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：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。优选的，所述的焊接速度为75mm·min-1，氩气流量6L·min-1，电弧长度3.5mm。所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。实施例1：第一步，基体的制备。采用轧制态Q235A钢作为基体材料，首先将Q235A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，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，设计Fe1AlCrCuCoTi0.4高熵合金涂层配比，将高熵合金涂层记为Fe1涂层。第三步，氩弧熔覆A-TIG焊接方法制备氩弧熔覆高熵合金涂层。根据配方称量所需高熵合金涂层粉末的质量，放在研钵中，加入适量的模数为2.5的水玻璃，研磨均匀后倒入尺寸为80mm×10mm×2mm长方体模具中，使用WE-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步，基体的制备；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，打磨，清洗，吹干，置于干燥箱中备用；第二步，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元素，设计Fe

【技术特征摘要】
1.氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步，基体的制备；采用轧制态Q235A钢作为基体材料，打磨，清洗，吹干，置于干燥箱中备用；第二步，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元素，设计FexAlCrCuCoTi0.4高熵合金涂层配比，x＝1,0；第三步，氩弧熔覆制备氩弧熔覆高熵合金涂层；根据配方称量所需高温合金元素的粉末，然后压成预制块；将预制块置于基体表面，利用氩弧熔覆的方法制备高熵合金基复合涂层，制备工艺及参数包括：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所述的氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：所述的焊接速度为75mm·min-1，氩气流量6L·min-1，电弧长度3.5mm，焊接电流200A。3.根据权利要求1所述的氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：所述的氩弧熔覆采用WS-500型交直流脉冲钨极氩弧焊机。4.根据权利要求1所述的氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：...

【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