一种TiC增强的高熵合金涂层及其制备方法技术

一种TiC增强的高熵合金涂层及其制备方法，属于涂层技术领域。按摩尔百分比由0.1%-35%的TiC和65%-99.9%的高熵合金基体组成；高熵合金基体为CrCoCuFeMnNi，其成分为：Cr：5-35at.%；Co：5-35at.%；Fe：5-35at.%；Mn：5-35at.%；Ni：5-35at.%；Cu：5-35at.%。采用原位合成方法或非原位合成方法制备。本发明专利技术使得涂层的强度、硬度得到有效的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涂层
，涉及一种TiC增强的高熵合金涂层，本专利技术还涉及一种采用等离子熔覆制备该涂层的方法。
技术介绍
高熵合金是一种全新的合金设计理念，其组元数定义在5-13之间，每种组元的原子百分含量在5%-35%之间。因为合金中金属元素种类多，原子排布的混乱度大，高熵效应促进了元素间的混合，使得合金相组成趋于简单的体心立方或者面心立方结构，或者二者的混合结构，并且抑制脆性的金属间化合物的形成。高熵合金具有十分优异的力学性能，例如具有高硬度、抗高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等特性，具有应用广泛，应用潜力多元化的优势。目前关于高熵合金的研究主要局限于合金不同成分间的组合，制备方法也主要采用真空电弧炉熔铸法。高熵合金具有十分优异的力学性能，将高熵合金引入材料表面领域，用于材料表面改性，具有十分重要的现实意义。在高熵合金涂层中添加TiC作为增强相，可以有效的提高高熵合金涂层的硬度等力学性能，发挥高熵合金的应用潜力。相信这种TiC增强的高熵合金涂层会有十分广阔的应用前景。制备的涂层与基材的结合强度高，表面质量优异，综合力学性能稳定，持久耐用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TiC增强的高熵合金涂层，获得力学性能优于高熵合金基体的涂层。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。一种TiC增强的高熵合金涂层，其特征在于，按摩尔百分比由0.1%-35%的TiC(优选1%-20%)和65%-99.9%的高熵合金基体组成；高熵合金基体为CrCoCuFeMnNi,其成分为:Cr:5_35at.% ；Co:5_35at.% ；Fe:5_35at.% ；Mn:5_35at.% ；N1:5_35at.% ；Cu:5_35at.%。上述含TiC增强的高熵合金涂层采用原位合成方法或非原位合成方法制备。采用等离子熔覆的方法制备含碳化物增强的高熵合金涂层，其特征在于，按以下步骤进行:a)基材前处理，基材优选用低碳钢，基材前处理包括去除氧化物和表面清洗；其中，去除氧化物采用车削、打磨等机械方法，直至露出金属光泽；表面清洗可以用金属洗净剂、氢氧化纳等热碱液以及汽油、丙酮等有机溶剂进行清洗。b)准备原材料，称取TiC和高熵合金基体所需各元素原材料，然后在合金粉末中加入适量的造渣剂，造渣剂加入量为合金粉末的5-15wt.% ;造渣剂的组成为:金红石:50-100wt.% ;萤石:0-25wt.% ;云母:0-25wt.%。c)混粉，将步骤b)中的原料放入混粉机中混合均匀。d)制备高熵合金涂层，采用等离子喷焊设备制备涂层的工艺参数为:非转移弧电压:18-21V ;非转移弧电流:58-63A ;转移弧电压:29_32V ;转移弧电流:100_130A ;送粉电压:4.0-5.5V ;离子气:200-350L/h ;送粉气:300-600L/h ;保护气:360-450L/h ;喷焊速度:25-30mm/min ;焊枪摆幅:15_25mm ;喷距:10_15mm。本专利技术优选，步骤b)中造渣剂的组成包括金红石、萤石和云母三种物质。由于液态高熵合金的表面张力过大，与基材的润湿角角很大，无法很好的在基材表面发生联生结晶，成型不佳。造渣剂可以降低液态熔滴的表面张力，并且熔覆结束后会在熔覆层表面形成渣壳，不在熔覆层中残留。造渣剂即改善了成型，又不影响涂层成分。本专利技术优选，采用原位合成增强相时，步骤b)中碳元素的过渡采用碳素铬铁(包括高碳铬铁、中碳铬铁、低碳铬铁)，而不采用石墨，钛元素则直接采用金属钛，称取高熵合金基体所需的其他元素材料。所用原料的纯度要求在99%以上，颗粒度在80目-300目之间。本专利技术优选，所述的步骤d)中，所述离子气、保护气、送粉气均为氩气。为了减少基材对高熵合金涂层的影响，采用相同的工艺参数，重复熔覆过程，使熔覆层达到4层以上，涂层厚度达到8-10mm，以避免基材对涂层的影响。TiC的加入显著的改变了基体的显微组织，TiC均匀的分布在基体上可以有效地阻碍位错运动，从而导致位错塞积及位错缠结，起到颗粒增强的作用，使得涂层的强度、硬度得到有效的提闻。本专利技术的主要特点是:以高熵合金为基体，以TiC作为增强相，制备的高熵合金基复合材料综合力学性能 得到了强化。增强相在高熵合金基体中原位生成或者外部加入。本专利技术在原有高熵合金的基础上进一步提高了材料的力学性能，碳化物增强的高熵合金涂层的硬度比高熵合金基体有了显著提高，极大的发挥了高熵合金的潜力，并且使高熵合金这一新兴的材料应用于表面改性领域变成了可能，可用于制备满足不同工况的碳化物增强的高熵合金涂层。附图说明图1是本专利技术实施例中制备TiC增强高熵合金涂层方法的工序步骤图。具体实施例方式本专利技术结合实施例进行详细的阐述，以使本专利技术的优点和特征能易于被本领域技术人员理解，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1一种TiC增强的高熵合金涂层，其成分为CrC0CuFeMnN1-(TiC)a2, TiC加入基体的方法为原位合成。采用等离子熔覆的方法制备含TiC增强的高熵合金涂层，按以下步骤进行:a)基材前处理，首先，将低碳钢板切割成厚度为10mm，宽度为100mm，长度为2000mm的板材；然后，用铣床对碳钢板表面进行切削，去掉氧化层，直至裸露出金属光泽；接着，对碳钢板进行脱脂清洗，脱脂剂主要成分为氢氧化钾，并使用有机络合剂作为清洗助齐IJ，清洗时温度控制在25°C左右，清洗完毕后用清水冲洗；最后用酒精擦拭钢板表面并烘干，备用。b)准备原料，按照CrCoCuFeMnN1-(TiC)a2的成分比例选取相应元素的金属粉末，碳元素的过渡采用高碳铬铁(含7%的C，30%的Fe，63%的Cr )。并在合金粉末中加入IOwt.%的造渣剂，造渣剂成分为:金红石:60wt.% ;萤石:20wt.% ;云母:20wt.%。精确称量所需要的粉末，粉末的纯度在99%以上，颗粒度在80目-300目之间。合金粉末成分如下表I所示:表1合金原材料成分质量权利要求1.一种TiC增强的高熵合金涂层，其特征在于，按摩尔百分比由O. 1%-35%的TiC和65%-99. 9%的高熵合金基体组成；高熵合金基体为CrCoCuFeMnNi,其成分为Cr :5_35at. % ；Co :5_35at. % ；Fe :5_35at. % ；Mn :5_35at. % ；Ni :5_35at. % ；Cu :5_35at. %。2.按照权利要求I的一种TiC增强的高熵合金涂层，其特征在于，TiC的含量为1%-20%。3.制备权利要求I所述的一种TiC增强的高熵合金涂层的方法，其特征在于，按以下步骤进行 a)基材前处理，基材优选用低碳钢，基材前处理包括去除氧化物和表面清洗； b)准备原材料，称取TiC物质和高熵合金基体所需各元素原材料，然后在合金粉末中加入适量的造渣剂，造渣剂加入量为合金粉末的5-15wt. % ;造渣剂的组成为金红石50-100wt. % ;萤石0-25wt. % ;云母0-25wt. % ； c)混粉，将步骤b)中的原料放入混粉机中混合均匀； d)制备高熵合金涂层，采用等离子喷焊设备制备涂层的工艺参数为非转移弧电压18-21V ;非转移弧电流58-63A ;转移弧电压29_32V ;转移弧电流100_13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiC增强的高熵合金涂层，其特征在于，按摩尔百分比由0.1%?35%的TiC和65%?99.9%的高熵合金基体组成；高熵合金基体为CrCoCuFeMnNi，其成分为：Cr：5?35at.%；Co：5?35at.%；Fe：5?35at.%；Mn：5?35at.%；Ni：5?35at.%；Cu：5?35at.%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王智慧，王虎，贺定勇，蒋建敏，崔丽，周正，赵秋颖，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：