[发明专利]一种高熵合金粉及其利用激光制备熔覆层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高熵合金及其熔覆层制备方法领域，具体的说，是由Cr、Fe、Ni、Ti、Mo五中元素粉末组成高熵合金粉及其激光熔覆层的制备方法。

背景技术

传统的合金均以一种或两种(如Fe、Al、Mg、Ni、Co、Cu等)金属为主要组元，合金的结构和性能主要取决于主要组元。随着科学技术的不断进步，对材料的要求越来越高，现有合金已不能满足实际需要。

高熵合金正是在这种背景下开发出来的一类新型合金材料，高熵合金又称高混乱度合金，是由我国台湾学者在20世纪90年代率先打破传统合金设计模式，提出的新合金设计理念，由于其熵值较传统合金高，故称高熵合金。与传统合金的不同在于：高熵合金是指含多种主要元素的合金，其中每个主要元素都具有高的摩尔分数，但不超过35％，这种合金是由多种元素集体体现而表现其特色，该类合金金相结构简单，甚至会出现非晶相和纳米相，合金具有优良的综合性能，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中的一个新的研究热点。

现有常见的高熵合金有叶均蔚等发现的以CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金；张勇等发现的以AlCoCrFeNi为代表的体心立方固溶体结构的合金，但随着高熵合金材料的不断发展和不断的实验，现需要有硬度更好、抗腐蚀性强、屈服强度和断裂强度更高的高熵合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金粉，用于通过激光熔覆手段提高现有金属材料的耐磨性、硬度和强度指标；同时本发明还提供一种高熵合金粉利用激光制备熔覆层的方法，用于对现有材料进行表面处理，获得高硬度、耐碱性腐蚀性能的金属材料，以满足如涡轮、轴承等在特定环境下工作的，对材料硬度、强度要求极高的零件进行制造。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高熵合金粉，即CrFeNiTiMo,由Cr、Fe、Ni、Ti、Mo元素粉末组成，各元素粉末粒度范围为200-300目，各元素粉末的纯度均大于等于99.9％，所述Cr、Fe、Ni、Ti、Mo的摩尔比为(1～1.05)：(1～1.05)：(1～1.05)：(0.1～1.5)：(0.1～1.5)。

一种高熵合金粉,由Cr、Fe、Ni、Ti、Mo元素粉末组成，各元素粉末粒度范围为200-300目，各元素粉末的纯度均大于等于99.9％，所述Cr、Fe、Ni、Ti、Mo的摩尔比为1:1:1:1：1。

一种高熵合金粉利用激光制备熔覆层的方法，由以下步骤组成：

步骤3.1将所述高熵合金粉放入球磨机中，利用抽真空机对球磨机进行真空抽取，当真空度达到5000Pa以下后，注入Ar气进行球磨，持续球磨时间为6-8小时；

步骤3.2将基体进行预处理，具体处理步骤依次为清洗、干燥、打磨、精磨并检查粗糙度，当粗糙度Ra＜1.6时，用丙酮进行表面清洗，风干10-15分钟，再次用丙酮清洗，自然风干60分钟以上待用；

步骤3.3将步骤3.1中球磨完成的高熵合金粉用纯度为90-95％的乙醇进行润湿并搅拌，均匀平铺在基体表面上，平铺厚度为0.8-1.2mm形成预置层，进行自然风干待用；优选地，所述预置层为0.8-0.9mm，进一步优选为0.8mm。

步骤3.4将步骤3.3中干燥的预置层采用激光器进行激光熔覆处理，所述激光器的光斑调为圆形光斑，光斑直径D＝3.5-4.5mm，功率P＝2.2-2.6KW，扫描速度v＝4-5mm/s，熔覆的整个过程采用Ar气保护。

优选地，所述步骤3.1所述球磨机的初始转速为200转/分，球磨时间每达到1小时对应转速增加50转/分，最高不超过500转/分。

优选地，所述步骤3.3所述基体为40Cr钢、42CrMo、45钢中任意一种。

优选地，所述步骤3.4所述激光器为高功率CO₂激光器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)通过本发明中的高熵合金粉制备的熔覆层硬度明显提高，达到维氏硬度800HV，同时，本发明中合金元素中的Mo是非常有效的固溶强化元素，可细化晶粒，Mo元素的存在有效提高了固溶体的溶质原子数量，溶质原子和位错存在交互作用，增加了位错运动阻力，使合金强度提高；大原子半径Ti元素易产生晶格畸变，生产大量的固溶体，固溶强化作用明显。