[发明专利]一种用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法

说明书

本发明公开一种用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法，属于激光熔覆领域。所述合金粉末为CoCrFeMnNiC_x，x取值0.1～0.15。具体方法为：对45钢基材进行表面预处理，将称量好的CoCrFeMnNi高熵合金粉末与不同含量纳米C粉末混合均匀后预置在预处理基体表面形成预制层，然后置于80～90℃下恒温处理8～12h。在保护气氛下，将熔覆粉末在45钢表面进行激光熔覆。本发明所述方法制备出性能优于CoCrFeMnNi高熵合金涂层的CoCrFeMnNiC_x高熵合金涂层，涂层与基体可以达到良好的冶金结合，涂层具有良好的宏观形貌与较高的硬度，可用于高温、耐磨、耐腐蚀等复杂工作情况。

技术领域

本发明涉及一种用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法，属于激光表面改性领域。

背景技术

45钢是广泛应用于机械制造中各种重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等常用零件，经调制处理后具有良好的综合力学性能。但随着现代化生产工艺对一些主要零件性能的要求日益提高，45钢表面的硬度、耐磨性以及抗腐蚀能力已远远不能满足其需求。

高熵合金即含有多种主要元素的合金，合金元素数目n≥5。与传统合金以一种或两种元素为主要组元不同，高熵合金则是将多种元素以等摩尔或者近等摩尔混合在一起得到的新型合金，其中每种元素的含量远大于5％且不高于35％；由于高熵效应，高熵合金具备一系列优异的性能，如：高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高电阻率等。具有单一面心立方(fcc)相结构的等原子CoCrFeMnNi高熵合金的良好性能包括应变硬化，即使在低温条件下也会导致非常高的拉伸伸长和异常的断裂韧性，但CoCrFeMnNi高熵合金材料在硬度强度等方面仍存在一定的局限性，不能满足日趋复杂严苛的工作环境。

激光束功率密度高，熔池冷却速度快，可获得非平衡凝固组织；热输入小，基材热影响区小；自动化程度高，可实现三维自化加工和复杂曲面加工；界面冶金结合，结合强度高；熔池温度高，可加工高熔点材料；熔覆层的厚度范围大。单次涂覆厚度可在0.2～2.0mm灵活调整；能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比。所以本发明采用激光熔覆方法，在45钢表面熔覆CoCrFeMnNiC_x高熵合金材料涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激光熔覆的高熵合金粉末，所述合金粉末为CoCrFeMnNiC_x，x取值0.1～0.15。

本发明的另一目的在于提供所述高熵合金粉末用于制备激光熔覆涂层的方法，具体包括以下步骤：

(1)对45钢基材进行表面预处理：打磨，清洗，干燥后备用；

(2)按比例称量等原子比的CoCrFeMnNi高熵合金粉末与纳米C粉末，称量完毕后进行机械混合；

(3)将混合好的粉末与无水乙醇混合调制成糊状，使用模具将其粘接在钢基体预定位置得到预制涂层，然后进行干燥，在保护气氛下，将熔覆粉末在45钢表面进行激光熔覆。

优选的，本发明步骤(2)中CoCrFeMnNi高熵合金粉末的平均粒度小于25μm，粉末纯度不小于99.9％；纳米C粉的平均粒度为30nm～50nm，纯度不小于99.99％。

优选的，本发明步骤(3)中干燥条件为：预制涂层厚度为0.2mm～2mm，于80～90℃下恒温处理8～12h。

优选的，本发明步骤(3)激光熔覆是通过CO₂激光器进行的，具体条件为：激光功率为3.7～4.2kW，扫描速度为200～450mm/min，光斑直径为3.0～4.0mm，保护气体为氮气、氩气或二者混合气体，气体流量为15～35L/min，保护气氛的气压为0.80MPa～1.20MPa。