高熵合金复合粉末及超高速激光熔覆强化镁合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种高熵合金复合粉末及超高速激光熔覆强化镁合金的方法。所述高熵合金复合粉末包括镍粉、铬粉、钴粉、铁粉、铜粉、钛粉、钒粉和铝粉，还包括陶瓷颗粒；所述陶瓷颗粒的质量分数为高熵合金复合粉末的10%~20%。激光熔覆强化镁合金的方法包括：（1）设定超高速激光熔覆的工艺参数；（2）将所述高熵合金复合粉末装载在超高速激光熔覆机上，使激光束的能量作用在粉末材料上；（3）通过同步送粉的方式送至待处理镁合金表面的上方，使高熵合金复合粉末熔化成液滴滴落到镁合金表面熔池中，凝固后形成与镁合金基体呈冶金结合的熔覆层。本发明专利技术避免了镁合金的过度熔化或过烧，提高了镁合金表面处理的效率，具有变形小、高表面光洁度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
高熵合金复合粉末及超高速激光熔覆强化镁合金的方法
本专利技术涉及金属表面处理
，具体涉及一种高熵合金复合粉末及超高速激光熔覆强化镁合金的方法。
技术介绍
镁合金是最轻的金属结构材料，具有很高的比强度、比刚度、优良的抗振性、抗冲击性和切削加工性能。目前，镁合金已成为交通、电子通信、国防军工、生物医疗等领域的重要材料，成为世界各国关注的焦点。但是，镁在实用金属中也是电位最负的金属，标准电位为-2.34V（相对于标准氢电极）。当镁合金中含有某些金属杂质元素（如Fe、Ni等）时，极易引起电化学腐蚀；暴露于空气中，极易被氧化，在表面自发形成一层疏松多孔几乎没有任何保护作用的氧化膜；暴露在潮湿环境、酸性及中性介质中都易受腐蚀。因此，镁合金表面硬度低，耐磨性和耐腐蚀性差等缺点限制了镁合金的应用。目前，针对镁合金的表面改性，一般的有如电镀、化学转化膜、阳极氧化、热喷涂、气相沉淀、离子注入等。在这些表面改性技术中，激光熔覆优势在于其能量传递方便，可以对被处理的工件表面有选择的局部强化；能量作用集中，加热时间短，热影响区小，处理后工件变形小；可用以处理表面形状复杂的工件，以实现自动控制；激光表面改性效果比普通方法更显著，组织细小致密，效率更高而得到大量应用。但传统的激光熔覆技术效率低，熔覆速率是0.5-2米/分钟得到的涂层稀释率均在10%以上，元素过渡区较宽(30~100um)，涂层需要达到一定的厚度才能有效提高基体的耐蚀性。熔覆涂层的表面粗糙度较大，需进行车削和磨削加工处理后才可以投入使用，既增加工时又浪费材料。此外，由于常规激光熔覆过程中的激光能量主要作用于工件表面，存在较大的热输入，可能会使涂层因存在过大的残应产生裂纹，甚至剥落，在进行大面积激光熔覆以及对薄壁或小尺寸零件进行熔覆时易使工件发生变形。超高速激光熔覆技术由于效率高、稀释率低、高结合强度等优势，在钢、铁、铜等金属表面处理方面得到较好的推广。然而，由于镁合金的熔点低，当激光束聚焦在熔覆粉末上时也聚焦在镁合金上，使得镁合金过度熔化，基体变形严重；并且，熔化的镁合金与熔覆粉末混合将熔覆粉末稀释，稀释率达10%及以上；为了形成满足性能要求的熔覆层，就需要添加更多的熔覆粉末，这无疑增加了熔覆粉末的用量，容易造成熔覆粉末的浪费，使常规激光熔覆技术用于镁合金的表面改性受到限制。因此，如何将超高速激光熔覆技术用于镁合金的表面改性是本领域技术人员有待解决的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目是提供一种高熵合金复合粉末，解决超高速激光熔覆技术中，熔化的镁合金与熔覆粉末混合将熔覆粉末稀释，使其强度、硬度和耐磨性受到影响的问题。进一步，本专利技术还提供超高速激光熔覆强化镁合金的方法，解决如何将超高速激光熔覆技术用于镁合金的表面改性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种高熵合金复合粉末，包括高熵合金粉末和陶瓷颗粒，其中，所述陶瓷颗粒的质量分数为高熵合金复合粉末的10%~20%；所述高熵合金粉末按质量份计为：镍粉12.5~14.1、铬粉11.1~12.5、钴粉12.6~14.2、铁粉11.9~13.5、铜粉13.6~15.3、钛粉10.2~11.6、钒粉10.9~12.3和铝粉6.5~17.2。进一步，所述高熵合金粉末按质量份计为：镍粉12.5~13.3、铬粉11.1~11.8、钴粉12.6~13.4、铁粉11.9~12.6、铜粉13.6~14.4、钛粉10.2~10.8、钒粉10.9~11.5和铝粉12.2~17.2。进一步，将高熵合金粉末和陶瓷颗粒混合后进行球磨，球磨时间为30小时，将磨好的粉末在干燥箱内200℃的温度干燥10小时。进一步，所述金属粉末的镍粉、铬粉、钴粉、铁粉、铜粉、钛粉、钒粉和铝粉均为纯度大于99.5%、平均粒径为25-60um的单质粉末。一种超高速激光熔覆强化镁合金的方法，具体包括如下步骤：（1）设定超高速激光熔覆的工艺参数：激光功率为3.5kw-3.8kw、光斑直径为0.8mm-1mm，熔覆速度为80-120m/min，多道搭接率为80%~90%；（2）将所述高熵合金复合粉末装载在超高速激光熔覆机上，调节激光使激光聚焦高熵合金复合粉末上，调整光斑和粉斑相对于镁合金基体待溶覆的位置，使激光束的能量作用在粉末材料上；（3）在高纯氩气气氛保护下，通过同步送粉的方式送至待处理镁合金表面的上方，使高熵合金复合粉末熔化成液滴滴落到镁合金表面熔池中，凝固后形成与镁合金基体呈冶金结合的熔覆层。其中，所述步骤（2）中，所述光斑和粉斑相对于镁合金基体待熔覆面的位置距0.2-0.5mm。所述激光的功率为3.5kw-3.8kw、光斑直径为0.8mm-1mm，熔覆速度为80-120m/min，多道搭接率为80%~90%。进一步，还包括在超高速激光熔覆前对镁合金的表面进行预处理的步骤。进一步，所述预处理为：将镁合金表面清洁干净，去除表面的氧化皮，用无水乙醇溶液超声清洗。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的高熵合金复合粉末，用于超高速激光熔覆强化镁合金表面处理，具有熔覆稀释率低（仅为2%~4%），熔覆层薄（仅为0.1-0.3mm），材料利用率高（达90%以上）的优点；采用本专利技术提供的高熵合金复合粉末制备的涂层为冶金结合，结合强度高、组织结构致密，涂层致密度几乎为100%，以及具有高硬度、高耐磨性和高稳定性。在熔覆过程中具有高的加热温度和快的冷却速度，能够进一步提升固溶体的固溶极限从而导致更强的固溶强化效应，并且能促使凝固形核率大于晶体长大速度，容易使熔覆层里出现固溶体组织甚至非晶、纳米晶组织，从而使得处理后的镁合金表面力学性能更好。2、本专利技术提供的超高速激光熔覆强化镁合金的方法使激光聚焦高熵合金复合粉末上，将高熵合金复合粉末熔化成液滴滴落到镁合金表面熔池中。由于高能密度的束流不是直接照射到镁合金表面上，而是透过高熵合金复合粉末照射在镁合金表面上，因此不会造成镁合金的过度熔化，使处理后的镁合金具有变形小、高表面光洁度高的优点，不需要后续的机加工处理。而且，以液滴的形式而不是固体粉末颗粒形式落入熔池，使得必须熔化的熔覆粉末材料用量少至几微米，形成稀释率仅为2%~4%，与基体呈冶金结合的熔覆层厚度为0.1-0.3mm左右，相比传统的激光熔覆层厚度需要几百微米，熔覆层厚、粉末用量大，极大的降低了熔覆粉末的用量，避免了熔覆粉末的浪费。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术作进一步说明。一、高熵合金复合粉末（质量份，克）成分实施例1实施例2实施例3实施例4Ni12.3311.9810.2510.64Cr10.9810.639.109.44Co12.4212.0710.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金复合粉末，其特征在于，包括高熵合金粉末和陶瓷颗粒，其中，所述陶瓷颗粒的质量分数为高熵合金复合粉末的10%~20%；所述高熵合金粉末按质量份计为：镍粉12.5~14.1、铬粉11.1~12.5、钴粉12.6~14.2、铁粉11.9~13.5、铜粉13.6~15.3、钛粉10.2~11.6、钒粉10.9~12.3和铝粉6.5~17.2。/n

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金复合粉末，其特征在于，包括高熵合金粉末和陶瓷颗粒，其中，所述陶瓷颗粒的质量分数为高熵合金复合粉末的10%~20%；所述高熵合金粉末按质量份计为：镍粉12.5~14.1、铬粉11.1~12.5、钴粉12.6~14.2、铁粉11.9~13.5、铜粉13.6~15.3、钛粉10.2~11.6、钒粉10.9~12.3和铝粉6.5~17.2。


2.根据权利要求1所述的高熵合金复合粉末，其特征在于，所述高熵合金粉末按质量份计为：镍粉12.5~13.3、铬粉11.1~11.8、钴粉12.6~13.4、铁粉11.9~12.6、铜粉13.6~14.4、钛粉10.2~10.8、钒粉10.9~11.5和铝粉12.2~17.2。


3.根据权利要求1或2所述的高熵合金复合粉末，其特征在于，将高熵合金粉末和陶瓷颗粒混合后进行球磨，球磨时间为30小时，将磨好的粉末在干燥箱内200℃的温度干燥10小时。


4.根据权利要求1所述的高熵合金复合粉末，其特征在于，所述金属粉末的镍粉、铬粉、钴粉、铁粉、铜粉、钛粉、钒粉和铝粉均为纯度大于99.5%、平均粒径为25-60um的单质粉末。


5.一种超高速激光熔覆强化镁合金的方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的高熵合金复合粉末，具体包括如下步骤：
（1）设定超高速激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆，涂坚，黄灿，张小彬，黄墁，王远刚，周志明，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50