[发明专利]一种电弧熔敷粉芯丝材及其高熵合金涂层的制备方法

说明书

本发明提供一种电弧熔敷粉芯丝材及其高熵合金涂层的制备方法，所述粉芯丝材由不锈钢带和粉芯组成，不锈钢带厚度为0.8mm，粉芯为Mn、Cr、Fe、Ni、Cu粉末，按照摩尔分数比例2：2：2：2：1组成。粉芯丝材的制备方法为(1)配制粉芯；(2)铺粉和烧结；(3)冷轧制；(4)卷管、拔丝和盘，将盘丝安装在送丝机，设置电弧熔敷电压为14V，电流为150A，速度为8cm²/min,在0.9MP高压氩气作用下将熔化的丝材雾化沉积在基材表面形成高熵合金涂层。

技术领域

本发明属于材料加工工程热喷涂领域，具体涉及一种电弧熔敷粉芯丝材及其高熵合金涂层的制备方法。

背景技术

高熵合金与传统的合金相比，以五种或五种以上金属元素作为主元，每个主元的摩尔分数比相等或相近，具有多主元效应、高熵效应、扩散缓慢效应、强烈的结构晶格畸变效应以及性能方面的鸡尾酒效应，形成简单的固溶体相结构，有面心立方结构(FCC)相、体心立方结构(BCC)相。高熵合金呈现出传统合金无法比拟的优越综合性能，高强度、高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性能和高温氧化性能等。为了满足极端环境下工业重大设备、军用装备、航天器的使用要求，将高熵合金作为防护涂层逐渐成为国内外许多学者研究的热点。

目前，高熵合金涂层的制备方法主要有热喷涂法、电化学沉积法、激光熔覆法及等离子熔覆法等方法。磁控溅射法和电化学沉积法主要制备高熵合金薄膜材料，等离子熔覆和激光熔覆预先将粉末均匀平铺在基材上，再利用高能激光束或等离子束的高温熔化粉末快速冷却后获得高熵合金涂层。该制备方法需要大型激光器和等离子大型专用设备，生产成本较高，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缺陷。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，具有涂层化学成分易调、加工方便、成本低、操作方便等优点。采用电弧熔敷制备高熵合金涂层的关键技术之一是粉芯丝材的制备，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，制备的涂层不能同时满足制件的高硬度、高耐磨、高冲击强度和抗高温腐蚀的使用要求。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。

目前公知的电弧熔敷用的粉芯丝材及高熵合金涂层制备方法，经对现有技术文献的检索发现，中国专利公告号为:CN 107699843A，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，采用电弧熔敷粉芯丝材制备了高非晶含量涂层，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。中国专利公告号为:CNIO604838OA，公告日为：2016.10.26，发明名称为:一种高熵合金基复合涂层及其制备方法，采用喷铸法制得直径6mm的高熵合金圆棒，将高熵合金圆棒作为电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接电极材料与基体间产生火花放电，电极材料被熔化、溅射到基体表面制得SiC增强AlCoNiCrFeCu高熵合金基复合涂层。该方法的缺点在于电极材料短不能实现自动送丝不易实现自动化，另外电极材料熔化后涂层靠自然冷却，孔隙率高组织不致密高温条件下氧原子容易渗透产生氧化。经对现有技术方案比对，高熵合金涂层主要采用激光熔敷高熵合金粉末制备，所有的粉芯丝材主要用于金属化合物涂层和非晶涂层制备，未有公开采用电弧熔敷粉芯丝材制备高熵合金涂层以及所使用的粉芯丝材制备案例。

发明内容