[发明专利]一种镁合金表面冷喷涂高熵合金涂层的制备方法

说明书

一种镁合金表面冷喷涂高熵合金涂层的制备方法，属于金属材料加工和表面工程领域。高熵合金为CoCrFeNi合金；镁合金为不同牌号的镁合金。高熵合金粉末采用气雾化制备，冷喷涂过程中工作气体为氮气或氦气，基体与喷枪的距离为15～25cm，喷枪移动速度为100～300mm/min，送粉速率为100～180g/min，载气温度为300～600℃，载气压力为2～4MPa，喷涂角度为80～90°。所得涂层防护性能优异，耐蚀耐磨性能较镁合金大幅提升。本发明工艺简单，操作方便，适合大批量生产，适用于汽车制造、航空航天、轨道交通、工程机械、特种（军用）车辆等领域的镁合金零构件的防护与再制造。

技术领域

本发明属于金属材料加工和表面工程领域，涉及一种镁合金表面冷喷涂高熵合金涂层的制备方法。

背景技术

镁合金集密度低、比强度和比刚度高、铸造性能好、易切削加工、阻尼吸震性能强、抗冲击、易回收和资源丰富等优点，是各国政府、科研机构及企业界高度认可的轻量化材料，已逐步应用于汽车制造、航空航天、轨道交通等现代工业。但是，镁合金电极电位低、耐蚀性能差，镁合金零构件在使役过程中容易发生腐蚀和磨损失效，这一问题长期以来严重制约着镁合金的应用。

冷喷涂是一种固态材料沉积技术，它以压缩气体为加速介质，带动粒子高速碰撞基体，粒子的动能转变成变形能和热能，逐层累积形成致密涂层。冷喷涂层厚度可达数毫米，且生产成本低，广泛应用于镁合金零构件防护涂层的制备。镁合金冷喷涂常使用Al基、Zn基等涂层材料，受涂层材料固有性能的限制，涂层耐蚀耐磨性能仍然不理想，达不到在复杂条件下的长期使役要求。

高熵合金是近年来发展的一种新型合金材料。这种合金的特点是：包含多种组元，且各组元含量均在5％到35％之间；合金的组织结构以简单FCC(强度硬度低、塑性好)、BCC(强度硬度高、脆性大)或HCP(塑性差)固溶体为主。某些高熵合金体系呈现出优于不锈钢等传统耐蚀材料的耐蚀耐磨性能，是理想的涂层材料。高熵合金涂层的研究多以钢铁为基体，以熔覆、热喷涂等高温工艺为手段。熔覆和热喷涂等工艺会造成镁合金氧化、烧蚀，涂层界面处产生气孔、夹杂、裂纹，并不适用于镁合金表面高熵合金涂层的制备。

CN201310161152.5发明公开了一种含非晶纳米晶高熵合金涂层的制备方法，高熵合金涂层成分按近等原子百分比组成如下：Al：14.3％、Fe：14.3％、Co：14.3％、Ni：14.3％、Cr：14.3％、Mo:14.3％、Si：14.2％，总百分比为100％；先采用中频感应熔炼工艺制备高熵合金母合金，然后采用气雾化设备制备高熵合金粉末材料，将上述的粉末材料经筛分，得到粒径范围在-200～+800目之间，小于70μm的粉末颗粒体积达90％的喷涂材料；喷涂工艺参数为：喷涂距离15～25cm，送粉速率150～180g/min，气体温度为450～600℃，气体压力为3.2～5MPa，喷涂时间为2～4min。该方法选用的高熵合金粉末为单相BCC结构，其强度硬度高，硬度可达700HV(约为镁合金的10倍)，并且塑性差、脆性大。上述因素一方面造成粉末与基体异质界面匹配差；另一方面使合金粉末在喷涂撞击基体时容易发生回弹、飞溅，导致粉末沉积率低、孔隙率高。