[发明专利]一种高熵合金粉末激光熔覆层的制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金粉末激光熔覆层的制备方法，该粉末材料由Mn、Cr、Fe、Ni和Co组成，且摩尔比为1：1：1：1：x，其中x=1.25‑1.5，制备方法包括以下步骤：（1）用高速高压气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末；（2）对表面进行预处理，然后在超声波清洗机中用酒精清洗基体材料表面，并进行真空干燥处理；（3）将粉末熔覆于经过预处理的基体材料表面上，形成与基体层紧密结合的熔覆层，得到表面强化层；（4）使用无水乙醇清洗得到的熔覆层，再晾干。本发明通过激光熔覆的方法在合金板材表面获得了具有高强度且高耐磨的熔覆层，提高工件的使用寿命，不仅高效、易控且经济实用，具有广阔的市场应用前景，经济效应显著。

技术领域

本发明涉及一种涂层材料的制备方法，具体涉及一种高熵合金粉末激光熔覆层的制备方法，属于合金材料制备领域。

背景技术

激光熔覆作为一种新型的激光修复技术，适用于小范围且厚度薄的情况，不仅能很好的控制熔覆层的精度，且熔覆层的晶粒细小、组织致密，能显著改善冷冲压模具的力学性能。国内外专家通常利用激光熔覆的技术修复涡轮叶片，一贯思维是将Co基或Ni基合金粉末作为熔覆层，通过控制激光工艺参数，完成修复任务。Co基和Ni基合金材料由于其自身具有良好的耐磨性、湿润性和抗氧化性，在实际的生产和研究中应用的十分广泛。但是他们的价格较为昂贵，相比之下，Fe基粉末的价格便宜，但是它的自熔性及高温性能较差，通过传统的预置涂层法制备的高熵合金熔覆层，其宏观形貌较差，存在明显的成分偏析，然而通过气雾化法制备的合金粉末熔点稳定、球粒度较好且化学成分更均匀，采用激光同轴送粉法制备高熵合金熔覆层的宏观形貌也更好。

在常规合金的基体上制备高熵合金熔覆层，可以有效提高合金的使用性能，优异的性能使得激光熔覆在表面强化层方面的应用越来越多。通过激光熔覆的方法，结合抗高温耐磨合金粉末可以修复或强化各种失效高温耐磨部件，恢复或提高它们的使用功能。然而，如何选择合适的熔覆材料、工艺参数和方法，开发出一种性能优良且成本低廉的粉末合金材料及激光熔覆工艺参数成为亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高熵合金粉末激光熔覆层的制备方法，通过调整材料中元素的含量，提供一种耐高温、耐磨损、具有优越激光加工性能且能够在合金工件表面大面积激光熔覆强化用的抗高温耐磨合金粉末材料，用以修复或强化各种失效高温耐磨部件，恢复或提高它们的使用功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高熵合金粉末激光熔覆层的制备方法，该粉末材料由Mn、Cr、Fe、Ni和Co组成，且摩尔比为1：1：1：1：x，其中x=1.25-1.5，制备方法包括以下步骤：

（1）依次经过真空熔炼、气雾化制粉、筛分、机械混粉等操作，用高速高压气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末；

（2）用电火花线切割机将Inconel 718合金板材切割成长方体块作为基体材料，清理掉表面的油污，对表面进行预处理，包括对合金板材进行电火花线切割加工，先用角磨机除去基体材料表面的锈迹，采用丙酮去除油污，用砂纸打磨基体材料表面至平整光滑，然后在超声波清洗机中用酒精清洗基体材料表面，并进行真空干燥处理；

（3）采用光纤激光器及同轴送粉装置将步骤（1）得到的高熵合金粉末熔覆于经过预处理的基体材料表面上，形成与基体层紧密结合的熔覆层，激光熔覆工艺参数为激光功率1.6千瓦，扫描速度350-450毫米/分钟，光斑半径3.5-4毫米，搭接率60%-65%，保护气体采用氩气，与基体材料成冶金结合的熔覆层，得到表面强化层；

（4）使用无水乙醇清洗得到的熔覆层，再晾干，即可制备出具有表面熔覆层的合金板材。

优选的，其特征在于，步骤（1）制备出的高熵合金粉末粒径为140-270目。

优选的， 粉末合金材料中的Mn、Cr、Fe、Ni和Co各组分纯度均在99.95%以上。