[发明专利]一种电弧熔覆用的高熵合金实心丝材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电弧熔覆用的高熵合金实心丝材，该实心丝材为5基元Co、Cr、Fe、Mn、Ni和1个非基元饵(Er)组成的高熵合金，其制备方法为：(1)球磨：Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉和Er粉按摩尔分数比称量，加入高能球磨机中球磨；(2)喷射沉积成型：将高熵合金粉熔化，用高压氩气将熔液雾化沉积在圆柱状的模具中的得高熵合金棒材；(3)深冷处理：将高熵合金棒材浸泡在‑196℃液氮中48h；(4)挤压工艺：将高熵合金棒材挤压成直径Φ20mm，自然升温至室温；(5)拔丝工艺：将挤压过的高熵合金棒材浸泡在‑196℃液氮中24h，进行多次拔丝减径，最终获得直径为Φ2mm的实心丝材。

技术领域

本发明属于材料加工工程电弧熔覆领域，具体涉及一种电弧熔覆用的高熵合金实心丝材及其制备方法。

背景技术

20世纪90年代由中国台湾叶均蔚教授率先提出一种多主元高熵合金的合金设计理念，合金主要元素至少有五种，每种主要元素原子百分数在5％与35％之间，每种主要元素原子所占摩尔百分数相近，其中没有任何一种元素在原子百分比上会超过50％作为主导元素，即称为多主元高熵合金。与传统合金相比，高熵合金的混合熵很高，动力学上原子扩散迟缓抑制了金属化合物的形成，得到晶体相结构为简单的体心立方或面心立方。因此，高熵合金相比传统合金更容易形成简单的固溶体结构和纳米结构甚至非晶结构。由于单相固溶体组织结构这种特性，高熵合金具有较高的强度，良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等优异性能，因此高熵合金具有多方面的应用前景，例如在水轮机叶片、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。

高熵合金主元元素较多含量相近，高嫡合金体系中所有原子都可以看做是溶质原子又可以看做是溶剂原子，这些原子半径大小不一，也就造成形成的固溶体具有较大的晶格畸变。同时，原子的扩散需要合金中各种元素原子的相互协调，而高熵合金组元数目较多，且存在阻碍原子运动的严重的晶格畸变，使得高嫡合金的扩散难以进行。一般来说高熵合金中的扩散速度比传统合金慢，高熵合金的塑性一般都不是很好。因此，当前制备的高熵合金材料大多数是块材或者薄膜，很难制备成丝材使用。为了解决这一技术问题，亟待开发一种通用性强、高性能的高熵合金实心丝材。将高熵合金实心丝材用于电弧熔覆，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，在金属3D打印技术和工业重大设备、军用装备现场修复都具有很高应用潜力。

目前公知的具有高塑性和高强度高熵合金，经对现有技术文献的检索发现，中国专利公告号为:CN 107619982A，公告日为： 2018.01.23，发明名称为:一种高塑性高强度的六元难熔高熵合金及其验证方法，该高熵合金具有较好的室温压缩塑性及强度，但不具备良好的拉伸塑性和强度不能由块材拔丝成丝材。中国专利公告号为:CN 107686928A，公告日为：2018.02.13，发明名称为:一种高性能 NiCoCrFeMnTi系高嫡合金及其制备方法，该高熵合金合金化程度高、合金的强度及耐磨性能高、高温性能好，但不具备良好的拉伸塑性和强度不能由块材拔丝成丝材。

发明内容

本发明针对以上缺点从改善材料本质和成型方法出发，高熵合金由5基元Co、Cr、Fe、Mn、Ni和1个非基元稀土元素饵(Er)组成，通过喷射沉积成型获得的组织和成分均匀，形成了单一的面心立方晶体结构超级固溶体结构，通过深冷处理在超低温条件对高熵合金棒材进行挤压和拔丝，克服常温下高熵合金塑性低脆性高难以塑性成型丝材的缺陷制备了一种电弧熔覆用的高熵合金实心丝材。将高熵合金实心丝材用于电弧熔覆，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，在金属3D打印技术和工业重大设备、军用装备现场修复都具有很高应用潜力。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。