[发明专利]一种粉芯丝材及其电弧熔敷制备的耐低温高熵合金

说明书

本发明提供一种粉芯丝材及其电弧熔敷制备的耐低温高熵合金，由铝带和粉芯组成，所述铝带和粉芯由Co、Cr、Fe、Ni、Cu，按照等原子比例1：1：1：1：1组成，铝带厚度为0.5mm。该丝材的制备方法由以下步骤制成：(1)配制粉芯；(2)喷射沉积粉芯；(3)冷轧制；(4)卷管、拔丝。本发明制备的高熵合金涂层具有高的耐低温强度、高的低温硬度、高的低温延伸率。

技术领域

本发明属于材料加工工程热喷涂领域，具体涉及一种粉芯丝材及其电弧熔敷制备的耐低温高熵合金。

背景技术

为适应金属3D打印技术发展和工业重大设备、军用装备现场修复的需要，电弧熔敷金属丝材实现3D打印和修复技术逐渐成为国内外许多学者研究的热点。电弧熔敷利用电弧将丝材加热至熔化或半熔化状态，在高压气体作用下将熔液雾化以一定的速度喷射沉积到基体表面形成涂层。目前用于电弧熔敷的丝材有金属实心和粉芯丝材两种，一般高强度金属棒材延展性差很难做成电弧热喷涂用的实心丝材。粉芯丝材克服了高成分合金难以拉丝减径的困难、粉末材料不导电等难题,同时具有涂层化学成分易调、加工方便、成本低、操作方便等优点。当前电弧熔敷用的粉芯丝材存在两方面的缺点：(1)漏粉问题，现有粉芯丝材制备方法主要包括配粉、混粉、填粉、封口、轧丝、拔丝、绕丝、包装等工序，该方法制备的粉芯丝材粉芯粘结度低电弧熔敷过程容易出现漏粉现象。(2)高性能粉芯丝材通用性差，不能同时满足制件在低温条件下高强度、高硬度和高塑性的使用要求。为了解决这一技术问题，亟待开发一种通用性强、不漏粉并且电弧熔敷后涂层综合性能好的粉芯丝材。

目前公知的性价比高的电弧熔敷粉芯丝材具有较强的非晶形成能力的粉芯丝材，经对现有技术文献的检索发现，中国专利公告号为:CN 107699843 A，公告日为：2018.02.16，发明名称为:一种制备高非晶含量涂层用的粉芯丝材及其制备方法和应用，该方法缺点在于热喷涂技术的工艺条件限制导致所制备的涂层很难获得完全的非晶结构，并且涂层中存在的一些固有缺陷(如孔隙、氧化物等)影响涂层的性能，另外仍然存在漏粉的问题。

发明内容

本发明针对以上缺点从改善涂层材料本质出发，将5个基元Co、Cr、Fe、Ni、Cu按相等原子比例分数混合，通过高能机械球磨机球磨成纳米晶加注到喷射沉积设备的坩埚熔炼炉加热至1000℃，形成以铜为溶剂的悬浮液。在高压氩气作用下将悬浮液雾化沉积在纯铝带上，压实粉芯层形成双层复合带材。对复合带材进行裁剪、圈管、拔丝工艺制成直径为2.2mm的粉芯丝材。本发明制备的粉芯丝材电弧熔敷过程中不漏粉，而且能形成单一的面心立方晶体结构超级固溶体涂层，涂层的组织为高熵合金CoCrFeNiCuAl。该涂层结构致密孔隙率＜1.5％，具有高强度、高硬度、高延伸率，具有良好的抗高温氧化性和抗腐蚀性。本发明在水轮机叶片、大型军舰螺旋桨、刀具、模具和核辐射设备等表面防护和修复等方面具有广泛的应用前景。

本发明提供一种粉芯丝材及其电弧熔敷制备的耐低温高熵合金，所述粉芯丝材由铝带和粉芯组成，所述粉芯是由Co、Cr、Fe、Ni、Cu粉末组成的高熵合金粉末。

优选的本发明所述高熵合金粉末Co、Cr、Fe、Ni、Cu按照等原子比例1：1：1：1：1组成。

优选的本发明所述铝带厚度为0.5mm。

本发明提供一种粉芯丝材的制备方法，该方法由以下步骤制成：

(1)配制粉芯：将Co、Cr、Fe、Ni、Cu粉末，按照等原子比例1：1：1：1：1均匀混合，放入高能球磨机中研磨，获得尺寸为200～300nm的高熵合金纳米晶；

(2)喷射沉积粉芯：将步骤(1)制备的高熵合金纳米晶加注到喷射沉积设备的坩埚熔炼炉加热至1000℃，形成以铜为溶剂的悬浮液，加入到金属液包，通入0.7～0.85MPa的高压氩气，将熔液雾化形成固液混合的液滴，沉积在纯铝带上，沉积距离700mm，得沉积粉芯的铝带；

(3)冷轧制：将步骤(2)沉积粉芯的铝带进行冷轧，压实粉芯层，形成双层复合带材；