[发明专利]一种耐强酸冲蚀的磷酸反应槽搅拌桨叶片修复用高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐强酸冲蚀的磷酸反应槽搅拌桨叶片修复用高熵合金涂层，其特征在于：基于904L不锈钢，牌号00Cr₂₀Ni₂₅Mo_4.5Cu，采用Fe、Co、Ni作为溶剂原子，取代壳层原子位置的Fe、Ni，由此构建团簇模型式为[Cr‑Fe₄Co₄Ni₄]Cr_2.6Mo_0.4，在连接原子位置添加Al得到有序相共格高熵合金式为：[Cr‑Fe₄Co₄Ni₄]Cr_2.6‑xAl_xMo_0.4，x＝0‑1。本发明引入团簇加连接原子模型设计理论，通过解析904不锈钢化学成分，构建与其成分相似的团簇式[Cr‑Fe₄Co₄Ni₄]Cr_2.6Mo_0.4高熵合金成分，并在连接原子位置添加Al原子进一步构建有序相共格析出的[Cr‑Fe₄Co₄Ni₄]Cr_2.6‑xAl_xMo_0.4高熵合金，通过宽带激光熔覆技术制备高熵合金涂层，以提高合金的硬度和耐冲刷腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种耐强酸冲蚀的磷酸反应槽搅拌桨叶片修复用高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

我国是磷化工生产大国，磷化工产品产量丰富，磷化工企业生产磷酸过程中，搅拌桨叶片与磷矿石强烈碰撞，容易发生冲刷腐蚀。904L不锈钢搅拌叶片广泛用于制备磷化工产品，但其硬度低，在强酸环境下耐矿石颗粒冲蚀能力不够，每年所需修复费用过亿，迫切需要找到合适的耐冲刷腐蚀的表面涂覆合金。

高熵合金于2004年由中国台湾地区学者叶均蔚教授首先提出，它的出现为开拓新材料提供了新思路，高熵合金一般由5种或5种以上主要元素按等原子比或近等原子比配制后，经过熔炼、烧结、激光熔覆等方法获得的具有金属特性的材料，每种元素的原子分数介于5％-35％之间。高熵合金具有众多优于传统 Fe、Ti、Ni基合金的性质，如组织结构上呈现简单的固溶体结构以及优异的高温组织稳定性，性能上表现出高强度和硬度、优良的耐蚀及耐磨性等，在高速切削用刀具、各类工模具、涡轮机叶片等领域具有广阔的应用前景。高熵合金因其独特的成分及组织结构而具有优异的性能，与传统合金设计理念不同，高熵合金通过合理地成分设计，加上适当的制备手段，达到兼具耐磨性和耐蚀性，有希望作为替代材料。但是高熵合金成分复杂、组织多变，需要在理论指导下实施精确的成分设计。

近年来大连理工大学董闯教授提出利用团簇加连接原子模型来设计合金成分。该模型是将理想结构单元分为团簇和连接原子两个部分。其中，团簇是由中心原子及其最近邻壳层原子组成，而连接原子则是处于中心原子的次近邻位置。溶剂与溶质原子在模型中的占位由各元素之间的混合焓ΔHmix决定。通常，溶剂原子占据团簇的壳层位置，溶质与溶剂原子之间ΔHmix越负，则溶质原子占据团簇中心位置。反之，溶质原子占据连接原子位置。如FCC 结构固溶体的团簇加连接原子模型中，中心原子周围最近邻原子的配位数是12，连接原子个数一般为1-6，因此可表示为[A-B12]C1-6，其中A为中心原子，B为壳层原子，C为连接原子。

该模型的特点是从短程序的角度解释了理想固溶体模型，准确描述合金固溶体的理想结构单元以及溶剂与溶质原子的点阵占位情况，进而对固溶体成分进行优化，可有效取代传统“炒菜式”的合金成分设计，大大节约时间和人力成本。那么如何在904L不锈钢表面制备耐强酸冲刷腐蚀的高熵合金涂层，为我国磷化工产业提供耐强酸冲刷腐蚀的材料配方及表面涂层制备技术，成为我们需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐强酸冲蚀的磷酸反应槽搅拌桨叶片修复用高熵合金涂层，第二目的在于提供该种涂层的制备方法。