[发明专利]用于制备高熵合金涂层的合金粉末及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备高熵合金涂层的合金粉末及其制备方法和应用，属于冶金技术领域。

背景技术

迄今为止，人类已开发出实用的合金系共有30多种，但每一种不同性能的合金系统均是以一种金属元素为主，通过添加特定的少量合金元素，采用不同的加工工艺制备得到的，而且这种以一种金属元素为主的合金设计理念明显限制了合金体系的设计，使得合金行业的发展遇到了瓶颈。

高熵合金的提出打破了这种局面，极大地丰富了合金系统的种类，使得合金行业迎来了空前的发展。所谓的高熵合金，是指由5种以上的主要元素组成、每一种元素的摩尔百分比为5％～35％的合金。由于多种元素的共同存在，使元素原子倾向于混乱排列，且原子难于扩散等各种因素使高熵合金形成简单的组织结构并具有极其优异的综合性能，如高硬度、高强度、高加工硬化、抗高温软化、抗高温氧化、耐腐蚀等。但同时高熵合金由于其硬度、强度过高，导致了其很难直接运用到实际生产中。激光熔覆作为一种表面处理技术运用在实际生产中，其目的往往是期望得到性能优异的熔覆层，因此如何开发出新的高熵合金熔覆材料对性能优异的高熵合金的实际运用具有十分重大的意义。另外，由于激光熔覆的产品工作条件一般比较复杂，如轴承，它要求其表面具有较高的硬度，较好的耐磨性、耐蚀性以及抗疲劳能力，所以进行熔覆的合金粉末必须细小、均匀，能够在激光熔覆后形成高硬度、高耐磨性、高耐蚀性以及抗疲劳能力强的高熵合金涂层，且制备的熔覆层不会产生空洞、裂纹等缺陷。

申请号为201210513096.2的专利申请公开了一种“用于超音速喷涂的高熵合金粉末材料及其制备方法”；申请号为201310013151的专利申请公开了“一种等离子熔覆高熵合金涂层的制备方法”，但是上述方案存在以下缺陷：

（1）合金粉末均由金属元素构成，虽然各金属元素可以相互固溶形成高熵合金，但是由于所选取的金属元素的原子半径相差较小，不能引起巨大的晶格畸变，因此最终也并不能得到高硬度的高熵合金粉末及涂层；

（2）一种“用于超音速喷涂的高熵合金粉末材料及其制备方法”是通过：原料粉体—高熵合金—高熵合金粉末—高熵合金涂层的步骤制备高熵合金涂层；“一种等离子熔覆高熵合金涂层的制备方法”是通过等离子熔覆的方法制备高熵合金涂层；但是以上的制备工艺都比较复杂，大大增加了生产成本。

此外，目前还没有任何关于性能优良且能通用于铁基材料(如铁基材料的碳钢及中、低合金钢)表面高熵合金涂层的制备的合金粉末的相关报道出现。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制备高熵合金涂层的合金粉末及其制备方法和应用，本发明所提供的用于制备高熵合金涂层的合金粉末均匀性好，用于铁基材料激光表面熔覆后形成的熔覆层组织细小、无孔洞、无裂纹，熔覆层与基材结合良好，且所形成的熔覆层具有硬度高、耐磨性强、耐腐蚀及耐冷热冲击等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种用于制备高熵合金涂层的合金粉末，按照摩尔百分比计算，由以下原料粉末制备而成：钼 10%～20%，铁 10%～20%，铬 10%～20%，钛 0～15%，钨 10%～20%，硅 5%～20%，硼 0～10%，钴 10%～20%，铝 0～15%。

优选的，按照摩尔比计算，Mo ：Fe ：Cr ：Co ：W ：Si ：B =1: 1:1:1:1:0.5:0.5或者Mo ：Fe ：Cr ：Co ：W ：Si = 1:1:1:1:1:1或者Mo ：Fe ：Cr ：Co ：W ：Si ：AL =1:1:1:1:1:0.5:0.5或者Mo ：Fe ：Cr ：Co ：W ：Si ：Ti =1:1:1:1:1:0.5:0.5。

本发明前述的原料粉末的纯度均大于99.9%。

前述的用于制备高熵合金涂层的合金粉末的一种制备方法，按比例称取粒度不大于200目且不小于300目的各原料粉末，置于研钵中研磨，使之充分混合，即得。

具体的，前述原料粉末置于研钵中研磨的时间为1～3小时，若研磨时间小于1小时，则上述的原料粉末不能够充分地混合，从而达不到最佳的使用效果；随着研磨时间的增加，原料粉末的混合程度逐渐加深，但是当研磨时间大于3小时时，原料粉末的混合程度与研磨3小时的程度基本相同，从而增加了生产成本，降低了生产效益。

更具体的，前述原料粉末置于研钵中研磨的时间为2小时，从而可以使得原料粉末混合的最充分、最均匀。