利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法及其涂层技术

本发明专利技术公开了利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，包括以下步骤：将基体进行预处理，配制预置熔覆金属粉末；采用分散剂将所述预置熔覆金属粉末润湿并搅拌均匀，随后平铺在基体表面上形成熔覆预置层；利用轴流CO2激光器并且至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和光斑直径D四个工艺参数进行保护气下的正交激光熔覆处理，得到若干组样品；选择涂层与基体结合良好的样品进行中心部位热影响深度的计算，选择中心部位热影响深度最小的样品所对应的工艺参数作为最佳工艺参数；重复进行步骤A和B并利用轴流CO2激光器和最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层。

Method and coating of alxcocrnimnti high entropy alloy prepared by axial flow laser

【技术实现步骤摘要】
利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法及其涂层
本专利技术涉及新材料的
，更具体地讲，涉及一种高熵合金涂层新材料及其制备方法。
技术介绍
材料科学的发展伴随着人类社会的发展不断进步，并对人类社会产生巨大的影响。在近代，合金的发展更是突飞猛进，迄今已经开发使用的实用合金系共30余种，传统合金以一种或两种金属如铁、钴、镍、铜、铝、镁等为主要组元，并通过添加其他合金元素采用不同的加工工艺而形成，因此合金的结构、性能受限于主元素。二十世纪中期，Ni-Al，Ti-Al等金属间化合物系由于其优良的力学性能和热阻性能受到广泛关注。在材料制备工艺上，除了传统熔炼法、粉末冶金法，还有快速凝固法、机械合金法等，但合金的研究仍未脱离以一种元素或金属间化合物为主的框架，由于这种限制，很多合金的性能已接近极限，很难通过传统理念得到更高的性能材料，对于材料的设计须找到新的突破口。高熵合金的提出是基于20世纪90年代大块非晶合金的研发，人们都致力于寻找具有超高玻璃化形成能力的合金。有人认为非晶或玻璃的原子混乱度高或者说熵值高，而高熵必然导致高的玻璃化形成能力，所以有人提出一个混乱理论，但是后来学者发现高熵和高玻璃化形成能力并不一致，倒反而发现某些高混合熵合金可以形成单相固溶体。中国台湾学者叶均蔚等研究认为这种固溶体是高混合熵的固溶体，因此命名为高熵合金。由于高熵合金具有两个特性，即合金体系高混合熵与原子的不易扩散，因而合金中常存在固溶体相、纳米级别结构或者非晶结构，使得合金有高热稳定性，优异的力学性能等，不同设计的合金呈现出多方面的优异特性，综合评定高熵合金，显著优于传统合金。总而言之，高熵合金是一种新的合金设计理念，可以开发出大量可合成、分析和控制的高技术材料体系，并且这种新合金型材料会吸引更多学者从事这方面的研究，将这种具有众多优良特性的合金推广应用到各种领域，会为合金业应用带来一场新的变革，为社会带来新的效益。利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层是近年来新发展起来的制备技术，然而，以往研究人员大多采用横流CO2激光器制备高熵合金涂层，主要因为横流激光器一般输出高阶模(多模)，在熔覆过程中，光斑直径D之内所占的功率约为总功率的90％左右，其光束在横截面上能量的分布较均匀，如图1所示。由此能量分布形式而产生的材料内部的温度分布也于横截面上分布均匀，处理出的硬化带横截面为平顶月牙形，这种轮廓的硬化带内各项力学性能指标分布亦较均匀，对于工件使用较为有利。而轴流CO2激光器输出的是低阶模(基模)激光束，与高阶模激光束相比在光斑直径D内的强度分布有很大不同，导致低阶模激光束与高阶模激光束在光斑直径内的功率密度分布有很大不同。低模激光束中心部位功率密度远高于光束边缘功率密度，而高阶模激光束中心部位功率密度则仅稍高于光束边缘功率密度。低阶模激光束能量分布不均匀，光斑边缘处能量逐渐趋于零，如图2所示。与此能量模式相对应的硬化带横截面为月牙形，硬化深度等都不及高阶模均匀，轴流CO2激光器的能量分布特点定其常用于切割与焊接。因而研究者一般认为输出低阶模光束的轴流CO2激光器不适用于材料热处理。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用轴流CO2激光器在低阶模条件下制备高熵合金涂层的方法及其涂层。本专利技术的一方面提供了一种利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，所述方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉按照1.5：1：1：1：1：1的摩尔比混合而成的预置熔覆金属粉末；B、采用分散剂将所述预置熔覆金属粉末润湿并搅拌均匀，随后平铺在基体表面上形成熔覆预置层；C、利用轴流CO2激光器并且至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和光斑直径D四个工艺参数进行保护气下的正交激光熔覆处理，得到若干组样品；D、选择涂层与基体结合良好的样品进行中心部位热影响深度的计算，选择中心部位热影响深度最小的样品所对应的工艺参数作为最佳工艺参数；E、重复进行步骤A和B并利用轴流CO2激光器和所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉的摩尔比后配制得到的不同熔融金属粉末。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述基体为钢铁类基体材料，所述预处理包括依次进行的表面打磨处理、切割处理、表面清洗处理和干燥处理。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述熔覆金属粉末由Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉按照1～1.8：1～1.3：1～1.3：1～1.3：1～1.3：1～1.3的摩尔比混合而成，各元素粉末的粒度为200～300目，各元素粉末的纯度均大于或等于99.9wt％。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述分散剂为纯度为90～95wt％的乙醇。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，熔覆粉末厚度d为1.4～1.5mm，光斑直径D为3～4mm，功率P为3000～3500W，扫描速度V为10～20mm/s，所述保护气为氩气。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述最佳工艺参数为：熔覆粉末厚度d为1.4mm，激光功率P为3500W，扫描速度V为5mm/s，光斑直径D为4.0mm。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述正交激光熔覆处理在每个工艺参数上选取3～5个水平值设计正交试验。根据本专利技术利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法的一个实施例，所述中心部位热影响深度通过扫描电子显微镜标尺进行测量，其中，在放大200倍的条件下，测量从涂层与基体结合区开始直至热影响区与基体的交界区之间的深度。本专利技术的另一方面公开了一种利用轴流激光器制备的AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层，其特征在于，采用上述利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法制得。根据本专利技术利用轴流激光器制备的AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的一个实施例，所述AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层中各元素的摩尔分数均不超过35％，其中，x为1～1.8。与现有技术相比，本专利技术利用轴流CO2激光器在低阶模条件下通过调整加工参数、熔覆粉末元素比例来制备高熵合金涂层，证明轴流CO2激光器在一定条件下也可用于制备激光熔覆层并且有效拓展了轴流CO2激光器的应用范围。附图说明图1示出了高阶模光束在横截面上的能量分布图。图2示出了低阶模光束在横截面上的能量分布图。图3示出了轴流CO2激光器低阶模光束的热影响区分布图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉按照1.5：1：1：1：1：1的摩尔比混合而成的预置熔覆金属粉末；B、采用分散剂将所述预置熔覆金属粉末润湿并搅拌均匀，随后平铺在基体表面上形成熔覆预置层；C、利用轴流CO2激光器并且至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和光斑直径D四个工艺参数进行保护气下的正交激光熔覆处理，得到若干组样品；D、选择涂层与基体结合良好的样品进行中心部位热影响深度的计算，选择中心部位热影响深度最小的样品所对应的工艺参数作为最佳工艺参数；E、重复进行步骤A和B并利用轴流CO2激光器和所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉的摩尔比后配制得到的不同熔融金属粉末。

【技术特征摘要】
1.一种利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉按照1.5：1：1：1：1：1的摩尔比混合而成的预置熔覆金属粉末；B、采用分散剂将所述预置熔覆金属粉末润湿并搅拌均匀，随后平铺在基体表面上形成熔覆预置层；C、利用轴流CO2激光器并且至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和光斑直径D四个工艺参数进行保护气下的正交激光熔覆处理，得到若干组样品；D、选择涂层与基体结合良好的样品进行中心部位热影响深度的计算，选择中心部位热影响深度最小的样品所对应的工艺参数作为最佳工艺参数；E、重复进行步骤A和B并利用轴流CO2激光器和所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉的摩尔比后配制得到的不同熔融金属粉末。2.根据权利要求1所述利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述基体为钢铁类基体材料，所述预处理包括依次进行的表面打磨处理、切割处理、表面清洗处理和干燥处理。3.根据权利要求1所述利用轴流激光器制备AlxCoCrNiMnTi高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述熔覆金属粉末由Al粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉和Ti粉按照1～1.8：1～1.3：1～1.3：1～1.3：1～1.3：1～1.3的摩尔比混合而成，各元素粉末的粒度为200～300目，各元素粉末的纯度均大于或等于99.9w...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱星武，
申请(专利权)人：四川建筑职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川,51