一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法，包括以下步骤：将高纯钛工件进行预处理；利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx的金属粉末混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂覆有Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的工件置于干燥箱中烘干，所述Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金由Ti、Co、Cr、Fe、Ni和Nb组成，其中Co、Cr、Fe和Ni具有相同的摩尔分数，Ti的摩尔分数为10at.％，x＝0‑2at.％；对涂层预置处理后的工件进行激光表面熔覆处理；取出经激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整。本发明专利技术提供的在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法，符合高纯钛材料的性能变化规律，可有效改善高纯钛显微硬度及强度等力学性能，使其硬化层深度及组织更加细小均匀，并且方法过程操作方便，设备简单，经济实用，技术可靠，效率高，质量稳定，可实现较好的经济效益。

A method of preparing superhard ti10cocrnifenbx high entropy alloy coating on high purity titanium

【技术实现步骤摘要】
一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法
本专利技术涉及金属材料表面加工处理
，具体涉及一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法。
技术介绍
激光表面熔覆技术，作为一种现代表面改性技术，因能够获得厚度可控、质量高、与基体结合度好的涂层，从而显著改变材料的表面硬度、耐磨性、耐蚀性及高温性能。近年来，激光表面熔覆技术由于具有操作方便、加工成本低等优点，也受到研究人员广泛的关注与应用，它是采用高能量密度的激光束，将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，形成均匀致密的冶金结合层，从而改善金属及合金的表面性能。纯钛具有比强度高、耐腐蚀性能优良、生物相容性好等优点，在航空航天、海洋和化工等领域得到了广泛的应用。然而，与其他高强度的钛合金相比，纯钛的耐磨损性能较差，在摩擦工况下往往表现出较低的摩擦学性能，经常发生表面磨损失效，这严重限制了它们的服役可靠性。随着纯钛在工业中的使用日益增多，对纯钛材料的性能提出了更高的要求，包括耐磨损性能、耐腐蚀性能、生物相容性等，因此需要改善纯钛材料的表面性能。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，期望提供一种强化处理过程操作方便、设备简单、经济实用、技术可靠、效率高的在高纯钛表面获得超硬涂层的方法，提高高纯钛材料表面的显微硬度、强度及耐磨性能等表面力学性能。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的方法，包括以下步骤：1)工件的准备：将高纯钛工件进行预处理；2)Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层预置处理：利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx的金属粉末混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂覆有Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的工件置于干燥箱中烘干，所述Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金由Ti、Co、Cr、Fe、Ni和Nb组成，其中Co、Cr、Fe和Ni具有相同的摩尔分数，Ti的摩尔分数为10at.％，x＝0-2at.％；3)工件的激光表面熔覆处理：对涂层预置处理后的工件进行激光表面熔覆处理；4)取出经激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整。在本专利技术的一种优选方案中，所述步骤1)高纯钛工件的预处理包括：依次选用400#、800#、1000#、1200#、2000#和3000#砂纸将工件打磨至光亮，打磨完成后用无水乙醇清洗，并吹干工件的表面。在本专利技术的一种优选方案中，所述步骤2)中：所述PVA有机溶剂浓度为6-10wt.％，所述Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的预置厚度为500-600μm，干燥温度为100-130℃，干燥时间4-6h。在本专利技术的一种优选方案中，所述步骤3)工件的激光表面熔覆处理包括：采用惰性气体为保护气体，激光功率为50-250W，脉冲宽度为3-6ms，离焦量为0-4mm，扫描速度为5-10mm/s。在本专利技术的一种优选方案中，所述步骤3)工件的激光表面熔覆处理包括：采用惰性气体为保护气体，激光功率为100W，脉冲宽度为5ms，离焦量为2mm，扫描速度为8mm/s。在本专利技术的一种优选方案中，所述步骤3)中所述惰性气体为氩气。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术使用脉冲激光表面熔覆处理的方法在高纯钛材料表面制备一定深度的Ti10CoCrFeNiNbx(x＝0-2at.％，Ti的摩尔分数为10at.％，且Co、Cr、Fe、Ni具有相同的摩尔分数)高熵合金涂层，且通过调整激光处理参数和涂层预置厚度进行有效控制。本专利技术通过脉冲激光表面熔覆高熵合金涂层的高纯钛材料表面形成枝晶状组织结构，改性层深度达到500μm，硬度高达800～1200HV，较高纯钛基体提升6～10倍。测试结果显示，本专利技术提供的激光表面熔覆高熵合金涂层的处理方法符合高纯钛材料的性能变化规律，可有效改善高纯钛显微硬度及强度等力学性能，使其硬化层深度及组织更加细小均匀。且强化处理过程操作方便，设备简单，经济实用，技术可靠，效率高，质量稳定，可实现较好的经济效益。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1a至图1c为本专利技术激光处理前的高熵合金金属粉末和处理后涂层的XRD测试结果。图2为本专利技术Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的金相显微图像。图3为本专利技术高纯钛基体和涂覆Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的工件的硬度测试结果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但并不因此而限制本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例1选取制备的9×17mm的高纯钛试样，首先依次选用400#、800#、1000#、1200#、2000#和3000#砂纸将样品打磨至光亮。样品打磨完成后用无水乙醇清洗，最后吹干其表面。将表面清洗干净后的样品置于专用的载具上，利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx(x＝0at.％，Ti的摩尔分数为10at.％，且Co、Cr、Fe、Ni具有相同的摩尔分数)的金属粉末混合成糊状，涂覆在工件表面，然后置于干燥箱中烘干，涂层预置处理的工艺参数为：PVA有机溶剂浓度为6wt.％、涂层预置厚度500-600μm；干燥温度为120℃，干燥时间为6h。其中，干燥的温度和干燥时间可进行选择性调整，例如，干燥的温度为100-130℃，干燥时间为4-6h。将烘干后的样品装夹在专用的夹具上，放入脉冲激光设备的工作室的工位上，并采用纯度为99.9％的氩气作为保护气体。启动脉冲激光设备，加载电压，对高纯钛材料的表面进行脉冲激光表面熔覆处理。脉冲激光表面熔覆处理的主要参数为：激光功率100W，能量密度12.5J/mm2，脉冲宽度5ms，离焦量2mm，扫描速度8mm/s。其中，脉冲激光表面熔覆处理的主要工艺参数可进行选择性调整，例如，激光功率可为50-250W，脉冲宽度可为3-6ms，离焦量可为0-4mm，扫描速度可为5-10mm/s。取出经激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整，得到涂覆有Ti10CoCrFeNiNbx(x＝0at.％，Ti的摩尔分数为10at.％，且Co、Cr、Fe、Ni具有相同的摩尔分数)合金涂层的工件。激光处理前Ti10CoCrFeNiNbx(x＝0at.％，Ti的摩尔分数为10at.％，且Co、Cr、Fe、Ni具有相同的摩尔分数)金属粉末和处理后涂层的XRD测试结果如图1a所示，其中图1a中曲线A为本实施例的金属粉末的测试结果，曲线B为本实施例处理后涂层的测试结果。经测试利用本专利技术激光表面熔覆处理方法处理后的高纯钛表面形成枝晶结构组织的改性层，改性层深度达到500μm。实施例2选取制备的9×17mm的高纯钛试样，首先依次选用400#、800#、1000#、1200#、2000#和3000#砂纸将样品打磨至光亮。样品打磨完成后用无水乙醇清洗，最后吹干其表面。将表面清洗干净后的样品置于专用的载具上，利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx(x＝1at.％，Ti的摩尔分数为10at.％，且Co、Cr、Fe、Ni具有相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)工件的准备：将高纯钛工件进行预处理；2)Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层预置处理：利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx的金属粉末混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂覆有Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的工件置于干燥箱中烘干，所述Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金由Ti、Co、Cr、Fe、Ni和Nb组成，其中Co、Cr、Fe和Ni具有相同的摩尔分数，Ti的摩尔分数为10at.％，x＝0‑2at.％；3)工件的激光表面熔覆处理：对涂层预置处理后的工件进行激光表面熔覆处理；4)取出经激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整。

【技术特征摘要】
1.一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)工件的准备：将高纯钛工件进行预处理；2)Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层预置处理：利用PVA有机溶剂将成分为Ti10CoCrFeNiNbx的金属粉末混合成糊状，涂覆在预处理后的工件表面，然后将涂覆有Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金涂层的工件置于干燥箱中烘干，所述Ti10CoCrFeNiNbx高熵合金由Ti、Co、Cr、Fe、Ni和Nb组成，其中Co、Cr、Fe和Ni具有相同的摩尔分数，Ti的摩尔分数为10at.％，x＝0-2at.％；3)工件的激光表面熔覆处理：对涂层预置处理后的工件进行激光表面熔覆处理；4)取出经激光表面熔覆处理的工件，将工件的表面打磨平整。2.如权利要求1所述的一种在高纯钛表面制备超硬Ti10CoCrNiFeNbx高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述步骤1)高纯钛工件的预处理包括：依次选用400#、800#、1000#、1200#、20...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴林江，向康，王月圆，胡兴，麻彦龙，刘成龙，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50