考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，包括：将基体进行预处理，配制预置熔覆金属粉末；采用分散剂将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；至少选择熔覆粉末厚度、激光功率、扫描速度和离焦量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稀释率计算和涂层中Fe元素摩尔分数的计算，选择稀释率不超过12％且涂层中Fe元素摩尔分数不超过35％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并采用最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层，将预置熔覆金属粉末替换为不同熔融金属粉末。

Cocrfexnimnmo high entropy alloy coating considering dilution ratio and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层及其制备方法
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
迄今为止，已开发的合金系统有三十多种中，合金的研发思路已经形成一个特定的模式，其基本思想仍是基于一种或两种元素为主。虽然固溶强化是提高合金强度的重要手段之一，但由于添加元素在合金中的有限固溶量，极大地限制了该方法对材料强化的贡献；同时传统合金强化理论还认为合金元素种类的增加，必将导致体系中复杂的金属间化合物的出现，即使金属间化合物可以提高合金的强度，但是其复杂的结构也会使合金中位错移动困难而使合金脆化，不利于合金综合性能的提高；此外，过多的组元也增加了组织和成份的分析难度，因此添加合金元素的种类应越少越好。实验证明，要想合金拥有高合金化量和简单结构的单相固溶体、优异的合金强度和优于化合物的塑性等综合特性，以单一元素为基的合金是不可能实现的。目前为止，人类以开发的传统合金系共有30余种，均以一种或两种金属为主要组元，如Fe、Al、Mg、Ni、Co等。通过添加其它合金元素，采用不同工艺而形成，合金的结构和性能主要取决于主元素。随着生产力的不断进步，对材料的需求越来越高，传统的合金已不能完全满足需要。“高熵合金”正是在这种背景下开发出来的一类新型合金材料，与传统合金以一种主要元素为主(含量大于50％)的观念不同，高熵合金是指含多种主要元素的合金，其中每个主要元素都具有高的摩尔分数，但不超过35％，因此没有一个元素能占有50％以上，这种合金是由多种元素集体体现而表现其特色。传统合金强化理论认为合金元素种类的增加，必将导致体系中复杂的金属间化合物的出现，其复杂的结构也会使合金中位错移动困难而使合金脆化，不利于合金综合性能的提高。研究结果表明多主元的高熵合金体系倾向于混乱排列而呈现出简单的结晶相，此种合金虽然元素种类多，却只形成如体心立方晶格(BCC)和面心立方晶格(FCC)的简单结构，并使得高熵合金具备优良的综合性能，如：高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀、高电阻率等。S.Ranganathan将多主元高熵合金、大块金属玻璃和橡胶金属视为近几十年来合金化理论的三大突破。激光熔覆工艺是近年来发展起来的新兴的制备高熵合金的方法。激光熔覆具有快热快冷的特点，在高能量激光束快速加热下，基体表面会出现一薄层的熔化，而后与熔覆粉末一起在基体快速冷却作用下凝固形成涂层。按高熵合金中元素最高摩尔分数不超过35％的要求，一旦超过35％制得的合金将不是高熵合金，因此需考虑基体的熔化量，但目前利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的报道中均未考虑基体材料熔化(如常用的钢铁类基体材料中的Fe元素)对涂层的成分影响。
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通过正交试验并通过稀释率计算涂层中元素含量(含熔覆粉末及基体熔入)来调整优化加工参数以确保制备的涂层为高熵涂层的制备方法。本专利技术的一方面提供了考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉按照1：1：1：1：1：1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、至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和离焦量f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稀释率计算和涂层中Fe元素摩尔分数的计算，选择稀释率不超过12％且涂层中Fe元素摩尔分数不超过35％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并采用所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉的摩尔比后配制得到的不同熔融金属粉末。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，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。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，所述熔覆金属粉末由Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉按照1～1.3：1～1.3：0.2～1.0：1～1.3：1～1.3：1～1.3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％。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，所述分散剂为纯度为90～95wt％的乙醇。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，熔覆粉末厚度d为1.3～1.8mm，离焦量f为80～100mm，功率P为1800～2200W，扫描速度v为3～7mm/s，所述保护气为氩气。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，所述最佳工艺参数为：熔覆粉末厚度d为1.8mm，激光功率P为2000W，扫描速度V为5mm/s，离焦量f为80mm。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，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。根据本专利技术考虑稀释率CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法的一个实施例，所述稀释率的计算公式如下：式中，η为稀释率，h为基体熔化深度，H为熔覆区高度；所述涂层中Fe元素摩尔分数的计算公式如下：其中，MFe0为熔覆粉末中Fe的摩尔分数，D为光斑直径，h为基体熔化深度，M为熔覆金属粉末中各元素总的摩尔分数。本专利技术的另一方面提供了一种考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层，采用上述考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法制得。根据本专利技术考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层的一个实施例，所述CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层中各元素的摩尔分数均不超过35％，其中，X为0.2～1.0。所述CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层优选为CoCrFe0.2NiMnMo高熵合金涂层、CoCrFe0.4NiMnMo高熵合金涂层、CoCrFe0.6NiMnMo高熵合金涂层或CoCrFe0.8NiMnMo高熵合金涂层或CoCrFeNiMnMo高熵合金涂层。与现有技术相比，本专利技术通过调整激光加工参数，计算稀释率，进而计算基体表面Fe元素的熔化量与熔覆金属粉末中Fe元素添加量的加和(即基体表面熔化的Fe作为熔覆涂层的一部分)，作为高熵合金成分设计的依据，确保制得的涂层为高熵合金涂层。并且通过正交试验获得最佳激光加工参数，在此基础上进一步优化元素比例，获得高硬度、耐磨性及耐蚀性优异的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层。附图说明图1示出了根据本专利技术示例性实施例的考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法中激光熔覆涂层的微观结构示意图。图2示出了根据本专利技术实施例考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法中激光熔覆涂层的微观形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉按照1：1：1：1：1：1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、至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和离焦量f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稀释率计算和涂层中Fe元素摩尔分数的计算，选择稀释率不超过12％且涂层中Fe元素摩尔分数不超过35％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并采用所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo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】
1.一种考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将基体进行预处理，配制由Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉按照1：1：1：1：1：1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、至少选择熔覆粉末厚度d、激光功率P、扫描速度V和离焦量f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稀释率计算和涂层中Fe元素摩尔分数的计算，选择稀释率不超过12％且涂层中Fe元素摩尔分数不超过35％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并采用所述最佳工艺参数进行保护气下的激光熔覆处理制得CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层，其中，将所述预置熔覆金属粉末替换为调整Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo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所述考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，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所述考虑稀释率的CoCrFexNiMnMo高熵合金涂层制备方法，其特征在于，所述熔覆金属粉末由Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Mo粉按照1～1.3：1～1.3：0.2～1.0：1～1.3：1～1.3：1～1.3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％。4.根据权利要求1...

【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