[发明专利]一种VC增强的高熵合金涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层技术领域，涉及一种VC增强的高熵合金涂层，本发明还涉及一种采用等离子熔覆制备该涂层的方法。

背景技术

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VC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VC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。

发明内容

本发明的目的是提供一种VC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，本发明采用如下的技术方案。

一种VC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VC（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.%；Ni：5-35at.%；Cu：5-35at.%。

上述含VC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，采用直接加入VC的方法，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酒精、丙酮等有机溶剂进行清洗；

b）准备原材料，称取VC物质和高熵合金基体所需的各元素原材料，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。

本发明优选，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。

本发明优选，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。钒元素的过渡采用钒铁（优选含50%的V，50%的Fe），然后称取高熵合金基体所需的其他各元素原材料，所用原料的纯度要求在99%以上，颗粒度在80目-300目之间。

本发明优选，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。

VC的加入显著的改变了基体的显微组织，VC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、硬度得到有效的提高。