一種鐵基表面高熵涂層及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，主要是利用高熵合金具有較高的混合熵的原理，突破傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)理念，在鐵基表面通過等離子熔覆技術(shù)，制備具有高熵合金熔覆層的新型表面涂層，本發(fā)明是以Ti、Mo、Ni、W、V、Al、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照等摩爾比或近等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，高熵合金涂層為體心立方和面心立方固溶體結(jié)構(gòu)，通過合金元素的固溶強(qiáng)化機(jī)制，凝固過程抑制金屬間化合物的析出，本發(fā)明所制得的鐵基表面高熵涂層具有較高的耐磨、耐蝕特性，且其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于普通涂層。
【專利說明】
一種鐵基表面高熵涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于合金材料涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵基表面高熵涂層及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高熵合金一般定義為由五個(gè)以上元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，混合熵高于熔化熵，通常形成高熵固溶體相的一類合金，高熵合金具有一些特殊效應(yīng)，其混合熵要明顯高于傳統(tǒng)金屬合金;存在著嚴(yán)重的晶格畸變，從而影響到材料的力學(xué)和物理性能;嚴(yán)重的晶格畸變限制高熵合金中的有效擴(kuò)散速率，在其鑄造過程中，冷卻時(shí)的相分離在高溫區(qū)間通常被抑制而延遲到低溫區(qū)間；高熵合金多種元素之間的相互作用使其呈現(xiàn)復(fù)雜效應(yīng)。如使用較多的抗氧化元素(如鋁或硅)，合金的高溫抗氧化能力就會提高。
[0003]人類開發(fā)的金屬材料基本上以一個(gè)最主要的元素來命名金屬，例如以鈦為主的就叫鈦合金，以鐵為主的就叫做鋼鐵材料，以鋁為主的就叫鋁合金，但這種傳統(tǒng)金屬設(shè)計(jì)理念在上世紀(jì)被高熵合金突破，也就是合金中具有多種主要元素，不再以一種元素為主，高熵合金有獨(dú)特的組織特征和性能，有很好的科學(xué)意義。高熵效應(yīng)使高熵合金具備了高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、高耐磨性及耐腐蝕性等優(yōu)異性能，而高熵合金涂層也具備這些性能，有些甚至能得到強(qiáng)化，在工具、刀具、模具應(yīng)用方面表現(xiàn)出很大的潛力，而傳統(tǒng)的以SiC，CrN，WC，TiN等為代表的金屬氮化物、碳化物涂層越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，所述高熵涂層主要選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照等摩爾比或近等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，最終形成具有較高耐蝕、耐磨特性的高熵合金涂層。
[0005]—種鐵基表面尚銅涂層及制備方法的主要制備步驟如下:
(1)原料制備
根據(jù)表面涂層的性能要求，設(shè)計(jì)合金粉末名義成分，按照高熵合金等摩爾比或近等摩爾比的設(shè)計(jì)理念，選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr各元素粉末按照1:1:1:1:0.9-1:0.9-1:0.8-1的摩爾百分比進(jìn)行初步制備，其中粉末純度大于99.9%，粒徑為100-400目；
(2)前處理
將原料進(jìn)行還原和干燥預(yù)處理，去除其中的氧以及水分，其中還原過程在金屬粉末微波還原爐中處理，微波窯內(nèi)環(huán)境溫度控制在200-300°C，干燥放在烘箱中處理，溫度為50-150 °C,時(shí)間控制在5-20h ；對鐵基表面進(jìn)行表面處理，利用噴砂機(jī)在其表面噴砂處理，并去除表面的銹和油污，然后用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，最后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60-100°C，時(shí)間控制在2-10h;
(3)等離子熔覆
將前處理后的金屬粉末混合均勻，然后進(jìn)行等離子熔覆，其中熔覆所使用的氣體為氬氣，熔覆電流100-130A，熔覆掃描速度為100-150mm/min，電離氣流為0.8-lm 3/h，保護(hù)氣流為0.8-lm 3/h，送粉氣流為1-1.2m 3/h，熔覆噴嘴與鐵基表面距離為8_10mm，熔覆速度為0.5-1.0mm/s；
(4)退火
將等離子熔覆后的鐵基工件進(jìn)行退火處理，將工件裝在鐵箱中，并用鑄鐵鐵硝覆蓋密封加熱到680-780°C，保溫2-4h;
(5)后處理
對已退火的鐵基工件用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，然后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60-100°C，時(shí)間控制在2-10h。
[0006]本發(fā)明的有益之處在于:
借鑒高熵合金混合熵要明顯高于傳統(tǒng)金屬合金，將其利用在鐵基金屬表面，合理發(fā)揮Zr、W、V等多種元素之間的相互作用使其呈現(xiàn)復(fù)雜效應(yīng)，強(qiáng)化金屬表面性能，使其在耐磨和耐蝕性上明顯優(yōu)于普通合金表面涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0007]實(shí)施例1
一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，所述高熵涂層選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，最終形成具有較高耐蝕、耐磨特性的高熵合金涂層。
[0008]—種鐵基表面高熵涂層及制備方法的主要制備步驟和工藝參數(shù)如下:
(1)原料制備
根據(jù)表面涂層的性能要求，設(shè)計(jì)合金粉末名義成分，按照高熵合金等摩爾比的設(shè)計(jì)理念，選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr各元素粉末按照l: 1:1:1:1:1:1的摩爾百分比進(jìn)行初步制備，其中粉末純度大于99.9%，粒徑為150目；
(2)前處理
將原料進(jìn)行還原和干燥預(yù)處理，去除其中的氧以及水分，其中還原過程在金屬粉末微波還原爐中處理，微波窯內(nèi)環(huán)境溫度控制在200°C，干燥放在烘箱中處理，溫度為50°C，時(shí)間控制在5h;對鐵基表面進(jìn)行表面處理，利用噴砂機(jī)在其表面噴砂處理，并去除表面的銹和油污，然后用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，最后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60°C，時(shí)間控制在2h;
(3)等離子熔覆
將前處理后的金屬粉末混合均勻，然后進(jìn)行等離子熔覆，其中熔覆所使用的氣體為氬氣，熔覆電流100A，熔覆掃描速度為100mm/min，電離氣流為0.8m 3/h，保護(hù)氣流為0.8m 3/h，送粉氣流為Im 3/h，熔覆噴嘴與鐵基表面距離為8mm，熔覆速度為0.5mm/s;
(4)退火
將等離子熔覆后的鐵基工件進(jìn)行退火處理，將工件裝在鐵箱中，并用鑄鐵鐵硝覆蓋密封加熱到680°C，保溫2h;
(5)后處理
對已退火的鐵基工件用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，然后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60 °C，時(shí)間控制在2h。
[0009]實(shí)施例2
一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，所述高熵涂層主要選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，最終形成具有較高耐蝕、耐磨特性的高熵合金涂層。
[0010]—種鐵基表面高熵涂層及制備方法的主要制備步驟如下:
(1)原料制備
根據(jù)表面涂層的性能要求，設(shè)計(jì)合金粉末名義成分，按照高熵合金等摩爾比的設(shè)計(jì)理念，選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr各元素粉末按照l: 1:1:1:1:1:1的摩爾百分比進(jìn)行初步制備，其中粉末純度大于99.9%，粒徑為400目；
(2)前處理
將原料進(jìn)行還原和干燥預(yù)處理，去除其中的氧以及水分，其中還原過程在金屬粉末微波還原爐中處理，微波窯內(nèi)環(huán)境溫度控制在300°C，干燥放在烘箱中處理，溫度為80°C，時(shí)間控制在1h;對鐵基表面進(jìn)行表面處理，利用噴砂機(jī)在其表面噴砂處理，并去除表面的銹和油污，然后用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，最后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60°C，時(shí)間控制在2h;
(3)等離子熔覆
將前處理后的金屬粉末混合均勻，然后進(jìn)行等離子熔覆，其中熔覆所使用的氣體為氬氣，熔覆電流120A，熔覆掃描速度為120mm/min，電離氣流為lm3/h，保護(hù)氣流為lm3/h，送粉氣流為lm3/h，恪覆噴嘴與鐵基表面距離為10mm，恪覆速度為1.0mm/s;
(4)退火
將等離子熔覆后的鐵基工件進(jìn)行退火處理，將工件裝在鐵箱中，并用鑄鐵鐵硝覆蓋密封加熱到780°C，保溫2.5h;
(5)后處理
對已退火的鐵基工件用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，然后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60 0C，時(shí)間控制在2h。
[0011]實(shí)施例3
一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，所述高熵涂層主要選取T1、Mo、N1、W、V、A1、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照近等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，最終形成具有較高耐蝕、耐磨特性的高熵合金涂層。
[0012]—種鐵基表面高熵涂層及制備方法的主要制備步驟如下:
(1)原料制備
根據(jù)表面涂層的性能要求，設(shè)計(jì)合金粉末名義成分，按照高熵合金近等摩爾比的設(shè)計(jì)理念，選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr各元素粉末按照l:l:l:l:0.9:0.9:0.8的摩爾百分比進(jìn)行初步制備，其中粉末純度大于99.9%，粒徑為325目；
(2)前處理
將原料進(jìn)行還原和干燥預(yù)處理，去除其中的氧以及水分，其中還原過程在金屬粉末微波還原爐中處理，微波窯內(nèi)環(huán)境溫度控制在220°C，干燥放在烘箱中處理，溫度為70°C，時(shí)間控制在1h;對鐵基表面進(jìn)行表面處理，利用噴砂機(jī)在其表面噴砂處理，并去除表面的銹和油污，然后用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，最后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為70°C，時(shí)間控制在1h;
(3)等離子熔覆
將前處理后的金屬粉末混合均勻，然后進(jìn)行等離子熔覆，其中熔覆所使用的氣體為氬氣，熔覆電流100-130A，熔覆掃描速度為100mm/min，電離氣流為0.8m 3/h，保護(hù)氣流為Im3/h，送粉氣流為Im 3/h，熔覆噴嘴與鐵基表面距離為8mm，熔覆速度為0.5mm/s;
(4)退火
將等離子熔覆后的鐵基工件進(jìn)行退火處理，將工件裝在鐵箱中，并用鑄鐵鐵硝覆蓋密封加熱到750°C，保溫3h;
(5)后處理
對已退火的鐵基工件用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，然后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為70 0C，時(shí)間控制在6h。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，其特征在于，所述高熵涂層主要選取Ti ,Mo,Ni,W、V、Al、Zr元素高熵合金為涂層基材，按照等摩爾比或近等摩爾比，通過原料制備、前處理、等離子熔覆、退火、后處理等步驟，最終形成具有較高耐蝕、耐磨特性的高熵合金涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵基表面高熵涂層及制備方法，其特征在于，主要制備步驟如下: (1)原料制備 根據(jù)表面涂層的性能要求，設(shè)計(jì)合金粉末名義成分，按照高熵合金等摩爾比或近等摩爾比的設(shè)計(jì)理念，選取T1、Mo、N1、W、V、Al、Zr各元素粉末按照1:1:1:1:0.9-1:0.9-1:0.8-1的摩爾百分比進(jìn)行初步制備，其中粉末純度大于99.9%，粒徑為100-400目； (2)前處理 將原料進(jìn)行還原和干燥預(yù)處理，去除其中的氧以及水分，其中還原過程在金屬粉末微波還原爐中處理，微波窯內(nèi)環(huán)境溫度控制在200-300°C，干燥放在烘箱中處理，溫度為50-.150 °C,時(shí)間控制在5-20h ；對鐵基表面進(jìn)行表面處理，利用噴砂機(jī)在其表面噴砂處理，并去除表面的銹和油污，然后用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，最后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60-100°C，時(shí)間控制在2-10h; (3)等離子熔覆 將前處理后的金屬粉末混合均勻，然后進(jìn)行等離子熔覆，其中熔覆所使用的氣體為氬氣，熔覆電流100-130A，熔覆掃描速度為100-150mm/min，電離氣流為0.8-lm 3/h，保護(hù)氣流為0.8-lm 3/h，送粉氣流為1-1.2m 3/h，熔覆噴嘴與鐵基表面距離為8_10mm，熔覆速度為0.5-.1.0mm/s； (4)退火 將等離子熔覆后的鐵基工件進(jìn)行退火處理，將工件裝在鐵箱中，并用鑄鐵鐵硝覆蓋密封加熱到680-780°C，保溫2-4h; (5)后處理 對已退火的鐵基工件用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，然后進(jìn)行干燥處理，干燥放在烘箱中處理，溫度為60-100°C，時(shí)間控制在2-10h。
【文檔編號】C22C30/00GK105862036SQ201610468935
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】王眈眈
【申請人】蕪湖三刀材料科技有限公司