[发明专利]一种MnCoCrFeNi高熵合金纳米晶涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种MnCoCrFeNi高熵合金纳米晶涂层的制备方法，该方法是指：先将基体进行预处理，再利用亚音速火焰喷涂技术，将MnCoCrFeNi高熵合金粉末在乙炔‑氧或丁烷‑氧燃烧高温火焰中充分熔融后，将熔融的MnCoCrFeNi高熵合金喷涂至预处理后的所述基体表面，即得MnCoCrFeNi高熵合金涂层。本发明工艺简单、适用于工业化生产，所得涂层具有高结合强度和优异的减摩抗磨性能，适用于要求抗磨减摩性能良好及在低温环境下工作的部件。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种MnCoCrFeNi高熵合金纳米晶涂层的制备方法。

背景技术

采用一定的方法使两种及两种以上的金属或非金属经过混合熔化，冷却凝固后得到的具有金属性质的固体产物称为合金。合金材料的性能往往会高于主要组成元素的单质材料，例如，钢（碳含量介于0.02%-2.00%之间的铁合金）的强度大于铁。合金的物理性质，如密度、导电性、导热性可能尚与合金的组成元素单质性能相似，但合金的抗剪切强度及抗拉强度等力学性能却通常与组成元素单质差异巨大。这是由于合金与组成元素单质中的原子排列有很大的差异。在过去的研究中，人们普遍认为具有三个及以上组元的合金更易形成金属间化合物。直到1995年，台湾清华大学学者叶均蔚提出新的合金设计理念——多元高熵合金。

多元高熵合金一般由5种以上主要元素组成，且每种元素的摩尔含量介于5%~35%。固溶体的形成还需要在选配元素时考虑原子之间的电负性差异，当电负性差异较大时，将形成化合物，故各原子间的电负性不能相差太大。当原子半径相差不大时，高熵合金中易于形成固溶体结构，且结构也趋向于稳定。

MnCoCrFeNi 是具有典型的面心立方单一晶体结构的高熵合金，因其优异的低温断裂韧性、抗氢脆性和延展性等而成为当下研究的热点，该类合金还被认为具有极高的相稳定性。面心立方晶体结构的过渡金属 MnCoCrFeNi 高熵合金体系显示出更高的延展性，但强度更低，这与其晶体系统中固有的滑移系统相关。在这种情况下，探索如何提高MnCoCrFeNi 体系高熵合金的强度是该领域的重要课题之一。

亚音速喷涂属于高速火焰喷涂的范畴，该技术可应用最普遍的氧-乙炔作燃烧焰，用空气作加速气、冷却气和送粉气。冷却气带走的热能被巧妙加以利用，它将所携热量带入加速室而变为加速气，在加速室内加速气被进一步加热膨胀，于是在收缩型喷嘴内产生高压，然后以高速离开加速喷嘴形成高速气流。因此，通过热喷涂技术制备MnCoCrFeNi涂层，利用非平衡结晶过程所造成的急速冷却产生的纳米晶强化效应可能成为提高该体系高熵合金强度与抗磨损性能的重要方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、适用于工业化生产的MnCoCrFeNi高熵合金纳米晶涂层的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种MnCoCrFeNi高熵合金纳米晶涂层的制备方法，其特征在于：先将基体进行预处理，再利用亚音速火焰喷涂技术，将MnCoCrFeNi高熵合金粉末在乙炔-氧或丁烷-氧燃烧高温火焰中充分熔融后，将熔融的MnCoCrFeNi高熵合金喷涂至预处理后的所述基体表面，即得MnCoCrFeNi高熵合金涂层。

所述基体的材质为各种不同牌号的钢材。

所述预处理是指先采用弱酸性水基除油剂对所述基材表面进行除油，然后依次经抛光除锈、蒸馏水洗涤、丙酮溶液二次洗涤，最后采用刚玉喷砂即可。

所述MnCoCrFeNi高熵合金粉末是指将纯度高于99.9%的Mn、Co、Cr、Fe、Ni原料按等摩尔或各元素原子百分含量在6~40%之间且总百分含量为100%的比例混合，经电弧熔炼或真空感应熔炼、真空气雾化冷却制成粒度为20~60 μm的粉末。