[发明专利]一种氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法，涉及合金涂层及其制备技术领域，以Al、Cr、Fe、Co、Cu、Ni金属粉末为原料，采用氩弧熔覆技术在45钢表面制备Alsubgt;x/subgt;CrFeCoCusubgt;y/subgt;Ni(x＝0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，y＝0、0.2、0.4、0.6，x、y为摩尔比)高耐磨高熵合金涂层；熔覆电流为110A，熔覆速度为8mm/s，氩气流量为10L/min，预置粉末厚度为1.2mm，烘干炉加热速率为4℃/min；最终获得Alsubgt;1.5/subgt;CrFeCoCusubgt;0.2/subgt;Ni高熵合金涂层，综合性能最优，涂层的显微硬度为750HVsubgt;0.5/subgt;，较基体提高约4倍；磨损量为3.1mg，较基体提高约13倍；本发明的Alsubgt;x/subgt;CrFeCoCusubgt;y/subgt;Ni高熵合金涂层，可以提高45钢的表面硬度及表面耐磨性能，解决磨损问题，提高零部件使用寿命、提高劳动生产效率、增加经济收入，同时对表面熔覆技术的发展及推广具有重要意义。

技术领域

本发明涉及合金涂层及其制备技术领域，尤其涉及一种氩弧熔覆高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术

断裂、腐蚀和磨损是机械零部件的三种主要失效形式，而由磨损造成的直接或间接经济损失最大。随着现代化工业水平的提高，海工装备的摩擦磨损问题日益严重，造成的经济损失越来越大，世界上的能源消耗50％～60％都来自动力机械设备上，而且能源利用率又较低，仅有30％左右，接近1/3的能源都消耗在了摩擦磨损上，我国工业领域在摩擦磨损方面节约的潜力巨大。所以采用先进的表面改性技术，改善材料的耐磨性能，解决由摩擦磨损带来的能源消耗问题势在必行。

45钢又称油钢，是一种优质的碳素结构钢，广泛应用于在交变负荷下工作的零部件，如连杆、齿轮、轴类及螺栓等，但是在实际应用中发现，这些零件的表面硬度较低，耐磨性较差，在机械设备工作时，零件的局部常常发生磨损，如齿轮与齿轮之间的磨损、轴与轴套之间发生的滑动磨损、活塞销与连杆的磨损等，因此，如何改善45钢表面硬度，提升45钢的表面耐磨性能十分重要。

表面熔覆技术具有较强的应用优势，可根据零件的具体需求熔覆低成本的复合材料，获得耐磨涂层；在原有基体材料上熔覆合金涂层，既能发挥表面抗磨损的作用，又能保持基体材料本身的优势，大幅提升材料的整体性能。目前，通常采用激光熔覆对45钢进行表面改性，获得耐磨涂层，但激光熔覆技术设备费用高，操作复杂，一般应用在特殊领域，在实际的工程中应用的较少，然而，氩弧熔覆技术的成本就较低。在技术上激光熔覆和氩弧熔覆的热源不同，激光熔覆是以高密度激光束作为热源，而氩弧熔覆则以钨极电弧作为热源，氩弧熔覆的热源虽然没有激光束高，但是温度足以熔化大多数材料；在工艺上，激光熔覆需将工件打磨干净，除油，除锈，去疲劳层等表面处理，而氩弧熔覆只需将工件打磨干净并用酒精清洗即可；激光熔覆常采用同步送粉法，在熔覆时都基本在水平位置形成熔池，倾斜稍大粉末便不能正常送达，激光的使用范围受到限制，而氩弧熔覆常采用预置粉末法，可对形状复杂的工件进行熔覆。综合比较之后选择氩弧熔覆技术进行熔覆试验。

发明内容

针对上述问题，本发明选择经济性较好的金属粉末作为本试验的熔覆粉末，这些粉末分别是Al粉、Cr粉、Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉，利用氩弧熔覆技术在45钢基体表面制备高硬度、高耐磨性的Al_xCrFeCoCu_yNi高熵合金涂层，提高45钢的表面硬度，进而提升45钢的表面耐磨性能，解决磨损问题，提高零部件使用寿命、提高劳动生产效率、增加经济收入，同时对表面熔覆技术的发展及推广具有重要意义；本发明的目的是通过下述方案得以实现的：

一种氩弧熔覆高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对45钢基体材料进行预处理；

S2：确定主元元素：选择Al、Cr、Fe、Co、Cu、Ni六种元素作为高熵合金涂层的主元元素；