一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层及其制备方法，属于材料表面改性技术领域，该涂层成分原子百分比为

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料表面改性
，具体的，涉及一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层及其制备方法
。

技术介绍

[0002]高熵合金具有简单的固溶体相结构
、
超高的硬度
、
耐磨性和高温结构稳定等优异的性能，特别是激光熔覆高熵合金涂层相比熔炼块体材料具有增强简单固溶体形核能力，提高固溶度极限
、
细化组织
、
减轻成分偏析和提高硬度等显著技术优势，近几年在耐磨涂层应用领域获得广泛的关注
。
但是，韧性较差的高硬耐磨涂层在激光熔覆过程中因热膨胀系数与基体的不匹配，极易产生较大的热
/
残余应力，造成涂层开裂
、
失效和脱落等难题
。
[0003]因此，制备具有硬度梯度分布的多层涂层一直是表面改性技术的研究热点，常规的办法是通过改变层与层之间的成分进而获得底层低硬度至顶层高硬度的梯度涂层，底层低硬度涂层通常具有较高的韧性，可以缓解与基体较高的热
/
残余应力导致的开裂问题
。
如，公开号
CN115652253A
中国专利制备了一种底层石墨碳和顶层金属层的梯度双层涂层
。
但是，通过调整成分制备多层梯度涂层，不仅工艺上复杂，而且层与层之间因成分和组织的不同仍然存在热膨胀系数等性能的突变
。
公开号为
CN114150203A
的中国专利采用了一种激光熔覆原位自生高熵合金梯度涂层及其制备方法，利用基体
Fe
对涂层成分的稀释作用降低近基体层的硬度，进而获得涂层的硬度梯度
。
该方法虽然工艺相对简单，但核心技术仍然是改变了底部熔覆层的成分，且工艺上难以提高底层低硬度层的厚度并准确控制
Fe
基体的稀释率
。
本专利技术提出了一种在不改变高熵合金涂层成分条件下，通过调整激光熔覆工艺制备出具有极宽硬度梯度
(300
～
900HV)
多层高熵合金涂层的方法，不仅加工工艺简单，而且层与层之间的硬度和厚度可控，保证了涂层表面的高硬度和涂层底部的高韧性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种采用激光多层熔覆技术，制备具备宽硬度梯度的高熵合金涂层方法，所述涂层各层成分均为单一的
FeCo3NiCrCuTiMoAlB
0.4
。
本专利技术解决了现有技术制备多层硬度梯度涂层存在工艺复杂，而且层与层之间因成分的不同仍然存在热膨胀系数和性能的突变，导致涂层开裂
、
失效和脱落等情况发生的问题
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层，由高熵合金粉末经多层激光熔覆得到，且接近基体的一层涂层至最远离基体的一层涂层的硬度呈现连续递增的趋势；
[0007]所述高熵合金粉末包括
Fe
，
Co
，
Ni
，
Cr
，
Cu
，
Ti
，
Mo
，
Al
和
B
九种单质粉末；
[0008]其中
Fe
，
Co
，
Ni
，
Cr
，
Cu
，
Ti
，
Mo
，
Al
和
B
的摩尔比为
1:3:1:1:1:1:1:1:0.4。
[0009]作为本专利技术的进一步方案，该高熵合金涂层的制备方法为：
[0010]S1、
按比例称取
Fe
，
Co
，
Ni
，
Cr
，
Cu
，
Ti
，
Mo
，
Al
和
B
原料，混合均匀形成高熵合金粉末；
[0011]S2、
对基体材料进行切割
、
打磨
、
抛光和清洗，得到预处理的基体材料；
[0012]S3、
将配置好的高熵合金粉末放入烘箱中真空干燥；
[0013]S4、
通过半导体激光器将
S3
中已干燥的高熵合金粉末经多层激光熔覆于基体表面，形成具备宽硬度梯度同成分高熵合金涂层
。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，高熵合金粉末粒径大小均为
45
～
150
μ
m。
[0015]作为本专利技术的进一步方案，基体材料为
Q235
低碳钢
。
[0016]作为本专利技术的进一步方案，多层激光熔覆的方法为：
[0017]在基体上熔覆多层高熵合金涂层，且通过调整激光工艺参数，即可使
FeCo3NiCrCuTiMoAlB
0.4
涂层凝固相结构可有效地实现
BCC
主晶相转变为
FCC
主晶相的控制生长，对各层高熵合金涂层的硬度进行控制
。
硬度上呈现连续递减的渐变趋势，顶层硬度可达
900HV
，而底层硬度仅约
300HV
；
[0018]作为本专利技术的进一步方案，所述多层激光熔覆的方法为：
[0019]S41、
将高熵合金粉末激光熔覆到经预热后的基体表面，得到第一层高熵合金涂层，厚度
0.8mm
，激光工艺参数为：激光功率为
1800
‑
2000W
，扫描速度
10mm/s
，光斑直径
4mm
，并且对激光熔覆表面区域进行同步的惰性气体氩气保护；
[0020]S42、
将
S41
中得到的
FeCo3NiCrCuTiMoAlB
0.4
高熵合金第一层涂层表面进行打磨处理，随后按照
S41
中的方法熔覆该高熵合金粉末至第一层高熵合金涂层表面，得到第二层高熵合金涂层，总厚度为
1.3mm
，其中激光工艺参数为：激光功率为
1800W
，扫描速度
8mm/s
，光斑直径
4mm
；
[0021]S43、
将步骤
S42
中得到的
FeCo3NiCrCuTiMoAlB
0.4
高熵合金双层涂层表面进行打磨处理，随后按照
S41
中的方法将高熵合金粉末熔覆到第二层高熵合金涂层，得到第三层高硬高熵合金涂层，总厚度约为
1.9mm
；其中激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层，其特征在于，由单一成分高熵合金粉末经多层激光熔覆得到，并通过调整激光工艺参数改变各层高熵合金涂层中
FCC
相和
BCC
两相的占比；形成的多层高熵合金涂层中接近基体的一层涂层至最远离基体的一层涂层的硬度呈现连续递增的趋势；所述高熵合金粉末包括
Fe
，
Co
，
Ni
，
Cr
，
Cu
，
Ti
，
Mo
，
Al
和
B
九种单质粉末；其中
Fe
，
Co
，
Ni
，
Cr
，
Cu
，
Ti
，
Mo
，
Al
和
B
的摩尔比为
1:3:1:1:1:1:1:1:0.4。2.
根据权利要求1所述的一种具有宽硬度梯度的高熵合金涂层，其特征在于，所述激光工艺参数包括激光功率与扫描速度
。3.
根据权利要求1所述的一种具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，施颖，陶冶，李维火，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：