[发明专利]一种激光熔覆成形难熔元素高熵合金涂覆层的制备方法

说明书

本发明涉及一种激光熔覆成形难熔元素高熵合金涂覆层的制备方法，包括以下步骤：(1)Mo、Nb、Ta和W四种元素混匀后制成高熵合金粉末；(2)将步骤(1)制备的高熵合金粉末与粘接剂混合，涂覆于基体材料表面，制备熔覆预制层；(3)将步骤(2)处理过的基体材料放入气氛保护装置，进行激光熔覆成形得到具有高熵合金涂覆层的基体材料。本发明方法易操作，成本低，有效避免难熔元素在高温下由于保护气体不足而氧化的情况，提高激光熔覆所得材料的性能指标，减少保护气体的用量，所制得的熔覆层光滑、致密，表面无金属残渣覆盖，在耐高温构件制备方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金制备与激光熔覆成形技术领域，具体涉及一种通过激光熔覆成形技术将难熔元素高熵合金涂覆基体材料制得高熵合金涂覆层的方法。

背景技术

高性能航空发动机、航天飞行器、火箭发动机及核反应堆等耐高温部件长期在高温腐蚀环境下服役，对材料的耐高温、耐腐蚀性、强度和韧性提出了更加苛刻的要求。传统镍基高温合金的使用温度不超过1150℃，已无法满足实际需要。高温合金具有良好的耐温性能和高温强度、优异的抗疲劳性能和断裂韧性，是现代国防建设和国民经济发展不可替代的关键材料，被誉为“先进发动机的基石”。然而，受合金熔点限制，现行使用的镍基高温合金使用温度低于1200℃，急需开发耐更高温度的新型耐高温合金材料。2011年，Senkov等首次公开报道了完全由难熔金属元素组成的Mo₂₅Nb₂₅Ta₂₅W₂₅高熵合金(Intermetallics，19(2011)698-706)，该高熵合金为体心立方结构，室温压缩强度为1211MPa，其在1600℃的压缩强度为600Mpa具有十分优异的耐高温性能和高温强度，是一种新型的耐高温结构材料，应用前景广阔。

目前，难熔元素高熵合金的成形技术主要采用电弧熔炼法，受铸腔和模具限制，难以制备大尺寸、复杂结构的构件。此外，难熔元素高熵合金作为块材使用成本高，一定程度上限制了难熔元素高熵合金的广泛应用。采用表面技术制备难熔元素高熵合金涂层可为解决这一问题提供思路。激光熔覆技术可在基体材料表面形成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，对基体材料热影响小，熔覆层厚度范围大，工艺过程易于实现自动化，是制备难熔元素高熵合金涂覆层的有效成形方法。

高性能粉末的制备是难熔元素高熵合金作为表面涂层应用的关键，然而，MoNbTaW高熵合金熔点高达2900℃左右，且合金元素在高温下易发生氧化，MoNbTaW高熵合金粉体的制备较为困难。此外，难熔元素Nb、Mo、Ta、W等在高温下非常容易氧化，难熔高熵合金高温成形过程中的氧含量的控制和气氛保护对材料的性能具有十分重要的影响。目前，激光熔覆成形中采用的气氛保护方法多为同轴或者旁轴吹送惰性气体，惰性气体保护效果不佳，成形过程中易发生氧化问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光熔覆成形难熔元素高熵合金涂覆层的制备方法。

本发明提供的激光熔覆成形难熔元素高熵合金涂覆层的制备方法包括以下步骤：

1)Mo、Nb、Ta和W四种元素混匀后制成高熵合金粉末；

2)将步骤1)制备的高熵合金粉末与粘接剂混合，涂覆于基体材料表面，干燥后制得熔覆预制层；

3)将步骤2)处理过的基体材料放入气氛保护装置，进行激光熔覆成形得到具有高熵合金涂覆层的基体材料。

具体地，步骤1)中四种元素摩尔百分比为Mo：Nb：Ta：W＝(15-30)：(15-30)：(15-30)：(15-30)；所述高熵合金粉末的直径小于6μm。

更进一步地，所述四种元素的摩尔百分比为Mo：Nb：Ta：W＝(20-30)：(20-30)：(20-30)：(20-30)。