[发明专利]一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法和应用，包含按质量百分含量的以下成分：镍17～25％，钴14～25％，铬15～20％，锰13～20％，铁为余量，所述高熵合金粉末用于高电阻加热涂层的制备。本发明提供的高电阻涂层材料使涂层获得单一相结构的同时，提高涂层电阻，实现加热效率的提升，同时保证服役可靠性，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电热材料技术领域，尤其涉及一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法和应用。

背景技术

传统合金通常是以单一元素为主，而近年来提出的高熵合金则是突破了这种传统的设计理念，采用多种元素为主元，这种新型的合金设计赋予了高熵合金一系列不同于传统合金的特点，包括高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应等。因此，高熵合金具有良好的强度、硬度、耐磨、耐腐蚀和热稳定性等较为优异的性能。而目前对于高熵合金的制备和研究主要集中在块体结构材料，涉及涂层的研究相对较少，并以涂层耐磨耐蚀性能的研究为主，采用的制备方法也多为激光/等离子熔覆等工艺。众所周知，金属与合金材料被认为是良好导体，所以研究者们对于高熵合金电热性能的关注则相对有限，尤其是对于热喷涂涂层。目前，常规的电热合金材料是以镍铬或铁铬铝合金的电阻丝材为主，但电阻丝材料的电阻相对较低致使其加热效率低且可靠性不足等问题。目前亟需开发一种新型高电阻合金加热涂层及其制备方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法。本发明实施例提供的高电阻(加热)涂层材料使涂层获得单一相结构的同时，提高涂层电阻，实现加热效率的提升，同时保证服役可靠性，具有广阔的应用前景。

本发明的一方面提供一种高熵合金粉末，包含按质量百分含量的以下成分：镍17～25％，钴14～25％，铬15～20％，锰13～20％，铁为余量，所述高熵合金粉末用于高电阻加热涂层的制备。

根据本发明的一些优选实施方式，所述锰的质量百分含量为14～18％。

本发明中，所述高熵合金粉末中不可避免的杂质包括N、P和S，控制所述杂质的总含量在0.5％以下，以不显著影响合金成分和性能表现。

本发明另一方面提供一种高电阻涂层，所述高电阻涂层由高熵合金粉末经热喷涂方法制备而成，所述高熵合金粉末包含按质量百分含量的以下成分：镍17～25％，钴14～25％，铬15～20％，锰13～20％，铁为余量。

根据本发明的一些优选实施方式，所述锰的质量百分含量为14～18％。

根据本发明的一些优选实施方式，所述高熵合金粉末的粒径范围为25～55μm。

根据本发明的一些优选实施方式，包含按质量百分比计的以下成分：镍17～21％，钴12～21％，铬16～19％，锰14～19％，铁为余量。本发明采用特定化学成分及质量比的高熵合金粉末成分，有利于保证涂层的结构特征，进一步降低涂层材料的孔隙率和氧含量，同时提高涂层的结合强度和电阻率等方面性能。

本发明再一方面提供所述高电阻涂层的制备方法，包括热喷涂的步骤：将所述高熵合金粉末采用大气等离子喷涂方法制备所述高电阻涂层。

根据本发明的一些优选实施方式，喷涂工艺参数：电流：450～600A，氩气流量：30～40L/min，氢气流量：10～18L/min，送粉率：55～80g/min，喷涂距离：120～135mm。

根据本发明的一些优选实施方式，采用氮气雾化的方法制备所述高熵合金粉末；制备所述高熵合金粉末的原材料选自镍、钴、铬、锰、铁的纯金属块材或合金材料，其中，所述纯金属块材的纯度大于99.0wt.％，所述合金材料选自镍铬、镍钴铬和铁锰中的一种或多种。

根据本发明的一些优选实施方式，制备具有高电阻的合金涂层的方法，步骤如下：