[发明专利]一种高熵合金基复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合涂层及其制备方法，具体涉及一种SiC增强AlCoNiCrFeCu高熵合金基复合涂层及制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，单一金属材料很难满足某些特殊需求，而日益兴起的复合材料由于具有许多特殊性能和功能，在现代科学技术发挥着重要作用。同时伴随表面技术的不断发展，具有优异性能的高熵合金基复合材料涂层逐渐被人们关注。

目前，已经被应用于高熵合金基复合涂层的制备方法主要有激光熔覆和等离子熔覆。激光熔覆需要大型激光器，生成成本比较高；同时激光熔覆的光斑外缘和内源温度差别大，复合涂层形成不均匀；由于不同材料对不同波长的激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料选择限制较大。等离子熔覆制备高熵合金基复合涂层过程中，合金粉末在基材表面各处厚度分布不均，单次熔覆会出现部分基材表面裸露的现象，基材没完全被涂层覆盖；同时，采用喷枪送粉，不同密度合金粉末，在运动到停止的过程中，会逐渐出现分离，导致合金粉末在基材表面的成分分布不均，进而导致制备的涂层各处性能不同；等离子熔覆输入热量大，导致基体热变形量大；熔覆后得到的涂层孔隙率高，致密度不好，涂层易从基体表面脱落；等离子熔覆需要大型专用设备，制备成本高。

综上所述，为了能够拓展了高熵合金材料的应用领域，必须开发新的高熵合金基复合涂层及制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金基复合涂层及其制备方法，该涂层为一种SiC增强AlCoNiCrFeCu高熵合金基复合涂层，而该方法提供一种生产成本低，涂层与基材结合牢固的高熵合金基复合涂层的制备方法。该涂层可应用于磨具的表面沉积，在磨具表面形成具有高硬度、高结合强度、耐磨和耐蚀性的沉积层，或者用于被磨损工件的表面修复。

本发明的技术方案是：

一种高熵合金基复合涂层，高熵合金基体为 AlCoNiCrFeCu，其体积分数为80-95%，增强相为SiC，其体积分数为5%-20%。

本发明提供了上述高熵合金基复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：

（1）Si粉纯度为99.9 wt%、活性碳粉纯度为99.5 wt%和Cu粉纯度为99.9wt%。将上述Ti、C和Cu粉体按所需质量用精密电子天平称量出，然后将三种粉体混合。混合粉体在星式球磨机混合10-20小时，转速50-150转/分钟。粉体充分混合均匀后放入压制磨具中，在万能材料液压机上压制成具有一定致密度的圆柱试样块，最后把上述圆柱试样块放入钨极磁控电弧炉的坩埚里面。

（2）AlCoNiCrFeCu高熵合金基体所用单质原料均采用纯度不低于99.9 wt%的Al、Co、Cr、Fe、Ni和Cu。用钢刷除去Al、Co、Cr、Fe、Ni和Cu表面的氧化膜，利用精密电子天平称出上述单质原料的质量。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入钨极磁控电弧炉的坩埚边缘。

（3）将钨极磁控电弧炉工作腔抽真空至 8×10^-4 Pa，再通入纯度为 99.99 wt.% 的高纯氩气。将金属钛熔化，通过金属钛在高温下强烈的氧化反应以进一步降低工作腔内氧的分压。首先熔炼坩埚中的圆柱试样块，生成Cu基SiC增强复合材料合金铸锭，为保证合金铸锭均匀，翻炼5次。然后用钨极磁控电弧炉里的机械“手臂”把坩埚边缘的单质原料推人坩埚内，和上述合金铸锭混合，再熔炼上述混合原料，使其成为母合金铸锭。为保证母合金铸锭的化学成分均匀性，母合金铸锭至少需要翻炼 5 次。熔炼完成后，母合金铸锭随钨极磁控电弧炉冷却至室温，然后打开钨极磁控电弧炉取出母合金铸锭。

（4）本方案所用的直径为6mm圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得。将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择20-30克的小块合金放入下面带有直径为1.5 mm小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里。然后将感应炉工作腔抽真空至 1×10^-3 Pa，进行感应熔炼。待小块合金由固体变成合金熔体，并且合金熔体的温度达到预设温度后，立即用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在 0.025 MPa，冷却速度10³K/s。喷铸所得6mm圆棒状合金即为高熵合金基复合材料电极。

（5）选不锈钢作为基体，将不锈钢用线切割切出长20mm，宽20mm，厚5mm的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用。