[发明专利]一种难熔中高熵合金表面原位自生耐磨陶瓷涂层的制备方法

说明书

本发明属于中高熵合金陶瓷涂层的制法，具体为一种难熔中高熵合金表面原位自生陶瓷涂层的制备方法。本发明首次提出针对难熔中高熵合金通过微弧氧化技术+热处理技术来提升产品耐摩擦性能和耐腐蚀性能。本发明中微弧氧化时，采用恒压电源并控制正向电压小于等于400V；热处理时，控制热处理温度为450～600℃。当合金为TiNbZr难熔中熵合金，经热处理后所得得到陶瓷涂层的摩擦系数小于等于0.26；且所得产品的Ecorr大于等于‑0.2V_SCE(更接近与0)、Icorr小于等于1.74×10^‑5A/cm²(更接近于0)。本发明工艺简单可控，所得产品兼具优异的耐摩擦和耐腐蚀性能，便于大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于中高熵合金陶瓷涂层的制法，具体为一种难熔中高熵合金表面原位自生陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展，飞行器中的高温部件逐渐面临着更加恶劣和严峻的服役环境。基于飞行器的特殊使用环境，人们开始研发一系列具有特殊性能的材料，这些材料就包括中高熵合金。

中高熵合金所具有的新型设计理念打破了传统材料设计的瓶颈，概念越来越完善，分类越来越合理，研究范畴从最初的等摩尔比单相固溶体合金，逐渐扩大到多组元多相合金，进一步延伸到复杂组元合金，为高性能金属材料的研发开拓了全新的思路。Meng等制备出的Ti-36Nb-5Zr合金，经过87.5％的压下率冷轧，在698K退火25分钟，合金仍具有较高屈服强度(720MPa)和极限拉伸强度(860MPa)；中高熵合金为高性能金属材料的开发提供了新的思路，而耐腐蚀性、耐摩擦性和耐高温氧化性是制约其应用发展的关键因素。同时中高熵合金基体极易出现成分偏析、组织粗大等问题，解决上述问题成为目前中高熵合金的研究热点之一。

与传统合金相比，中高熵合金虽然成分复杂，但是其相组成却很简单，通常为单相或者双相结构，其“四大效应”仍然是目前研究组织与性能的主要理论基础。且对于中高熵合金的力学性能及其变形机制的研究还处于初级阶段。相较于传统金属材料，中高熵合金具有诸多优异的性能，如高强度/硬度、高耐磨性、高断裂韧性、良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能等。但是，针对某些特殊与极端的服役环境，中高熵合金的耐磨、耐腐蚀与耐高温氧化性能还有待进一步提升，而陶瓷涂层的镀覆是解决上述问题的有效途径之一。目前在高熵合金表面，人们尝试了利用微弧氧化来制备陶瓷涂层；但所得产品的性能却还有巨大的提升空间。同时到目前为止，还没有关于针对难熔中高熵合金通过微弧氧化技术+热处理技术来同时提升产品耐摩擦性能和耐腐蚀性能的相关报道。

发明内容

本发明为克服难熔中熵合金在极端应用环境中的耐蚀耐磨性的不足，首次提出一种与基体结合力强、表面硬度高、耐磨性耐蚀性高、耐高温氧化性能优异的与基体通过扩散结合、微冶金结合、化学结合的中熵合金氧化物陶瓷涂层的制备方法。

本发明的一种难熔中高熵合金表面原位自生陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤:

(a)对TiNbZr难熔中高熵合金表面进行预处理；得到表面清洁干燥的TiNbZr难熔中高熵合金；

(b)利用微弧氧化技术，在表面清洁干燥的TiNbZr难熔中高熵合金表面制备原位自生氧化物陶瓷涂层；微弧氧化时，采用恒压电源并控制正向电压为150～400V；

(c)通过后续热处理，对TiNbZr难熔中高熵合金表面陶瓷涂层进行组织调控并耐摩擦性能；热处理时，控制热处理温度为450～600℃。

作为优选方案，本发明中TiNbZr难熔中高熵合金包括TiNbZr难熔中熵合金、含TiNbZr的高熵合金。

在本发明中，TiNbZr难熔中熵合金中，以摩尔比计，Ti：Nb：Zr＝0.95～1.05：0.95～1.05：0.95～1.05。