一种用于热控涂层的高熵合金材料和涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电热材料技术领域，尤其涉及一种用于热控涂层的高熵合金材料和涂层及其制备方法。所述用于热控涂层的高熵合金材料按质量百分含量计包含以下成分：镍15～20％，钴13～20％，铬13～18％，锰13～20％，非金属元素0.05～2％，铁为余量；其中，所述非金属元素为硼和/或硅。本发明专利技术通过添加一定用量及组合的非金属元素(Si、B)及镍、钴、铬、锰和铁的配合，并在本发明专利技术涂层制备工艺条件下，能够更好地实现降低氧化物含量和提高涂层硬度的同时大幅提高电阻率的目的，进一步显著提高金属热控涂层的加热效率。层的加热效率。层的加热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于热控涂层的高熵合金材料和涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及表面涂层领域，尤其涉及一种用于热控涂层的高熵合金材料和涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统合金一般是以单一元素为主，而高熵合金则是突破了这种传统的设计理念，采用多种元素为主元，每种主要元素的原子百分比为5％～35％。相比于传统合金，高熵合金由于具有高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应等特点，有潜力获得良好的强度、传导性、硬度、耐磨、耐腐蚀和热稳定性等较为优异的性能。目前对于高熵合金的制备和研究主要集中在作为结构材料应用的块体合金，涉及涂层的研究相对较少，并以涂层耐磨耐蚀性能的研究为主，采用的制备方法也多为激光/等离子熔覆等工艺。
[0003]热控技术主要分为主要分为被动热控技术与主动热控技术。常见的主动热控技术有电加热技术、单相流体回路技术、两相流体回路技术和通风冷却技术等。其中电加热技术的加热器主要涉及有机材料加热片或陶瓷加热层或电阻丝加热等。然而电阻丝加热技术一般存在加热效率低、装配复杂、加热不均匀等问题，陶瓷涂层则由于陶瓷材料脆性属性则结合强度低易发生剥落，有机材料贴片则在长期使用条件容易发生老化等现象，进而失效。
[0004]金属与合金材料被认为是良好导体，所以研究者们对于合金电热性能的关注则相对有限，尤其是对于热喷涂涂层。专利技术人研究团队近年来提出的金属加热涂层技术，可以有效克服上述几种电加热技术的不足，之前申请的一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法和应用(ZL 202010553534.2)，室温电阻率虽能达到300
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330μΩcm，但对于能源利用率要求较高的应用环境，涂层的加热效率及综合效果仍有待进一步提高。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于热控涂层的高熵合金材料和涂层及其制备方法。
[0006]第一方面，本专利技术提供的用于热控涂层的高熵合金材料，所述高熵合金材料按质量百分含量计包含以下成分：镍15～20％，钴13～20％，铬13～18％，锰13～20％，非金属元素0.05～2％，铁为余量；其中，所述非金属元素为硼和/或硅。
[0007]本专利技术提供的高熵合金材料结合本专利技术涂层工艺，实现了间隙固溶增强高熵合金涂层电阻率的优化设计，通过对高熵合金材料的优化设计，采用特定用量及组合的非金属元素(Si、B)、镍、钴、铬、锰和铁的配合，在本专利技术的涂层制备工艺条件下，能够使得涂层性能实现更高电阻率的同时，氧含量进一步降低、且涂层硬度和结合强度更高，使金属热控涂层的综合性能得到显著提升。
[0008]作为优选，所述用于热控涂层的高熵合金材料按质量百分含量计的成分如下：镍15～20％，钴13～17％，铬14～18％，锰13～18％，非金属元素0.2～1.6％，铁为余量，以及不可避免的杂质；所述非金属元素为硼和/或硅，优选的，所述高熵合金材料用于高电阻率、
高结合强度的高熵合金涂层的制备。
[0009]进一步优选，所述用于热控涂层的高熵合金材料按质量百分含量计的成分如下：镍15～18％，钴16～17％，铬14～17％，锰13～14％，硼0.08～0.4％，硅0.2～0.8％，铁为余量，以及不可避免的杂质；所述高熵合金材料优选用于高电阻率、高结合强度的金属热控涂层的制备，优选的，电阻率大于350μΩcm，如380μΩcm、400μΩcm、405μΩcm，结合强度为35～38MPa，如36.5MPa，37.1MPa。进一步优选的，所述高熵合金材料为粒径38～75μm的合金粉末。采用本专利技术优化的高熵合金材料作为金属热控涂层的原料，与现有的金属热控涂层用高熵合金粉末相比，具有更优的综合性能。
[0010]第二方面，本专利技术提供的金属热控涂层，所述高电阻涂层由所述的高熵合金材料经热喷涂方法制备而成。
[0011]本专利技术中，通过采用优选的高熵合金材料具体成分及含量结合特定的制备工艺能够使得用于电加热领域中的高电阻涂层获得更佳的单一相结构的同时，进一步提高涂层电阻，使得电阻率性能更佳，加热效率更高，同时在孔隙率、氧含量、结合强度等方面均实现更佳性能。
[0012]作为优选，所述金属热控涂层由所述用于热控涂层的高熵合金材料经大气等离子喷涂工艺制备而成，所述金属热控涂层/高熵合金材料按质量百分含量计的成分如下：镍15～16％，钴16～17％，铬14～15％，锰13～14％，硼0.1～0.2％，硅0.2～0.3％，铁为余量，以及不可避免的杂质。
[0013]进一步优选，按质量百分含量计的成分如下：镍16％，钴17％，铬14％，锰13％，硼0.1％，硅0.2％，铁为余量，以及不可避免的杂质。优选所述大气等离子喷涂工艺制备过程中的喷涂工艺参数为：电流：600～650A，氩气流量：41～45L/min，氢气流量：4～8L/min，送粉率：50～60g/min，喷涂距离：90～110mm。本专利技术在特定用量的各成分协同配合的基础上结合特定的喷涂工艺参数能够实现预料不到的综合效果提升。
[0014]第三方面，本专利技术提供所述的金属热控涂层的制备方法，将粒径范围在38～75μm的所述高熵合金材料采用大气等离子喷涂工艺制备金属热控涂层，喷涂工艺参数为：电流：600～650A，氩气流量：41～45L/min，氢气流量：4～8L/min，送粉率：50～60g/min，喷涂距离：90～110mm。
[0015]作为优选，所述喷涂工艺参数为：电流：600～620A，氩气流量：41～45L/min，氢气流量：6～8L/min，送粉率：55～60g/min，喷涂距离：100～110mm。
[0016]进一步优选，所述喷涂工艺参数为：电流：605～615A，氩气流量：44～45L/min，氢气流量：6～7L/min，送粉率：57～59g/min，喷涂距离：105～110mm。
[0017]本专利技术中，通过金属热控涂层的金属涂层材料及工艺参数的共同优化作用下，尤其在特定的成分组成及含量的设计与优选的工艺参数的结合下能够使得本专利技术得到的金属热控涂层的电阻率及氧含量、结合强度、硬度和孔隙率等方面综合性能均最佳，具有更好的涂层加热效率、综合效果及可靠性。
[0018]第三方面，本专利技术提供所述的用于热控涂层的高熵合金材料或所述的金属热控涂层或所述的金属热控涂层的制备方法制备得到的金属热控涂层在主动热控型金属涂层中的应用。
[0019]本专利技术中，所述金属热控涂层(高电阻合金涂层)的相结构为单相固溶体，但具有
高电阻。涂层电阻性能的提升得益于成分的设计与制备方法的合理配合。本专利技术中的涂层材料是一种包含镍、铁、钴、铬和锰及非金属元素硼、硅的多主元合金，其中几种过渡族金属的设计是考虑到它们原子半径较为接近可以实现较好的互溶，以期获得单相固溶体组织，是材料能够具有更好的工艺适应性，即具有较好的塑性变形能力使涂层保持较好的致密性；同时，多主元合金较大的晶格畸变也可以提高整体电阻率；铬元素有益于提高涂层整体的抗腐蚀能力；锰元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于热控涂层的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料按质量百分含量计包含以下成分：镍15～20％，钴13～20％，铬13～18％，锰13～20％，非金属元素0.05～2％，铁为余量；其中，所述非金属元素为硼和/或硅。2.根据权利要求1所述的用于热控涂层的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料按质量百分含量计的成分如下：镍15～20％，钴13～17％，铬14～18％，锰13～18％，非金属元素0.2～1.6％，铁为余量，以及不可避免的杂质；所述非金属元素为硼和/或硅；优选的，所述高熵合金材料用于高电阻率、高结合强度的高熵合金涂层的制备。3.根据权利要求2所述的用于热控涂层的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料按质量百分含量计的成分如下：镍15～18％，钴16～17％，铬14～17％，锰13～14％，硼0.08～0.4％，硅0.2～0.8％，铁为余量，以及不可避免的杂质；所述高熵合金材料优选用于高电阻率、高结合强度的金属热控涂层的制备；优选的，电阻率大于350μΩcm，结合强度为35～38MPa。4.根据权利要求1
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3任一项所述的用于热控涂层的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料为粒径38～75μm的合金粉末。5.一种金属热控涂层，其特征在于，所述金属热控涂层由权利要求1
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4任一项所述的高熵合金材料经热喷涂方法制备而成。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周正，杨小锴，姚海华，吴旭，谈震，邵蔚，郭星晔，王国红，贺定勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：