[发明专利]一种含碳高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含碳高熵合金涂层及其制备方法，属于合金涂层领域。本发明以Co、Cr、Cu、Fe、Mn为主元素，以碳元素(C)为次元素，C是间隙元素，添加到CoCrCuFeMn高熵合金中，可以通过非金属元素的间隙作用，使合金的堆朵层错能提高，使该类高熵合金的晶格畸变增大，起到固溶强化作用，碳元素还能与主元素形成碳化物，如形成Fe‑C，Cr‑C的M₂₃C₆或M₇C₃碳化物，弥散在合金组织中，产生弥散强化作用，使高熵合金硬度和耐磨性提高；同时主元素构成的高熵合金结构为BCC+FCC，会形成双相固溶体，添加C元素后物相结构类型不会变化，双相固溶体使高熵合金具有更高的强度，提高含碳高熵合金涂层的硬度。

技术领域

本发明涉及合金涂层技术领域，尤其涉及一种含碳高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

金属及其合金具有悠久的历史，2004年，Cantor等提出了一种全新的合金设计理念，并将这类合金分别叫多组元合金(multicomponent alloys)和高熵合金(high entropyalloys)。不同于传统合金，高熵合金不是以一种或二种元素为基体，从成分上讲，它包含至少五种主元素，每种元素的原子比在5％～35％(at％)之间；从熵角度讲，合金的混合熵包括原子振动熵、磁矩熵、电子随机熵和原子排列熵，其中原子排列熵又占主导地位，因此，在随机互溶状态下，等摩尔比的合金的熵可以只考虑原子排列熵，即△S＝Rlnn，当△S＞1.5R时，即为高熵合金。高熵合金没有明显的溶质或溶剂之分，由于其呈现高熵效应，使得高熵合金在微观结构上表现出简单的面心立方(FCC)或体心立方(BCC)固溶体结构。目前，国内外研究者报道了四百多种高熵合金体系，随着人们对高熵合金的物理、化学、力学性能以及微观组织特征和理论设计依据等方面的研究，发现高熵合金是一个可制备、易加工、可分析、并具有优异综合性能的全新合金体系，在结构材料、软磁材料、等众多领域都有巨大的发展潜力，被誉为21世纪合金化理论三大突破之一。但是现有技术中基于高熵合金设计的高熵合金涂层普遍存在硬度不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含碳高熵合金涂层及其制备方法和应用。本发明提供的含碳高熵合金涂层硬度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含碳高熵合金涂层，包括碳元素和主元素，所述主元素包括Co元素、Cr元素、Cu元素、Fe元素和Mn元素，所述Co元素、Cr元素、Cu元素、Fe元素、Mn元素和碳元素的摩尔比为1:1:1:1:1:0.1～1。

优选地，所述Co元素、Cr元素、Cu元素、Fe元素、Mn元素和碳元素的摩尔比为1:1:1:1:1:0.2～0.6。

优选地，所述含碳高熵合金涂层的原子尺寸差δ为5.52～27.67％，混合焓ΔH_mix为-22.33～0.507kJ/mol，混合焓与混合熵比Ω为1.5～49.28，价电子溶度VEC为7.5～8.12，电负差异性χ为11.3～17.3％。

本发明还提供了上述技术方案所述含碳高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

将Co粉、Cr粉、Cu粉、Fe粉、Mn粉和碳粉混合后进行均匀化处理，得到混合粉末；

将所述混合粉末干燥，得到干燥粉末；

将所述干燥粉末在基体表面进行等离子熔覆，得到所述含碳高熵合金涂层。

优选地，所述Co粉、Cr粉、Cu粉、Fe粉和Mn粉的粒度独立地为80～200目。

优选地，所述碳粉的粒度为80～200目。

优选地，所述均匀化处理为球磨，所述球磨的球料比为10:1，球磨机转速为100～400r/min，球磨时间为1～6h。