CN116240536B - 一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al 20%，Cr 5%，Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，由Al、Cr、Fe、Mn和Ti元素组成，所制备的AlCrFeMnTi涂层微观结构致密，无褶皱缺陷，并且在500℃下表现出了优异的降磨性能，提高了718镍基合金的耐磨性能；本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，包括熔覆粉末的制备、镍基合金基体表面进行清洗预处理、以及通过激光熔覆工艺在基体上涂层，获得AlCrFeMnTi高熵合金涂层，实现了涂层与基体的冶金结合，能够在高温摩擦环境下有效地保护基体材料。

Description

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，尤其是一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

激光熔覆是一种新型材料表面改性与处理技术，利用不同的送料方式在基体表面上添加被选择的涂层材料粉末，经激光辐射，使之和基体表面薄层同时熔化并快速凝固后，形成稀释度极低、与基体材料结合形成冶金结合的表面涂层。激光熔覆技术很好地改善了金属基体表面的耐磨性、抗热震性和抗氧化性等特性；并且激光熔覆技术又节能无污染，符合工业环保要求，存在极高的产业应用价值。

传统的镍基高温合金具有优良的高温性能，但是高密度的微结构带来的昂贵的成本，限制了其进一步的应用；Fe-Al基合金密度低，具有显著的成本优势，但其屈服/抗拉强度不足，高温下抗蠕变能力不足；在其中添加Cr、Mn和Ti等低成本的组成元素，并且增强高熵的固溶强化作用，以扩大镍基高温合金的应用范围。

发明内容

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层及其制备方法，能够有效强化718镍基合金高温耐磨性能。本发明采用的技术方案是：

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，其中：包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，所述AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al 20%，Cr5%， Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：包括以下步骤：

S1.称取Al粉、Cr粉、Fe粉、Mn粉和Ti粉并混合，将混合粉末在保护气体中进行球磨处理，得到平均粒径为10～70μm的熔覆粉末；

S2.将镍合金基体表面打磨抛光，并清洗；

S3.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在镍合金基体表面，激光熔覆送粉器将熔覆粉末送至镍合金基体表面的激光光斑处，设定激光束的工艺参数，在保护气体中开始激光熔覆，待激光熔覆过程结束后，得到AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，

优选的是，所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：步骤S1的球磨转速为200-300r/min，球磨时间为2h-3h。

优选的是，所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：步骤S2具体为：

S21.将镍合金基体表面依次通过180#、400#、800#、1500#、2000#和2500#金相砂纸进行打磨和抛光，除去镍合金基体表面的氧化物杂质；

S22.通过无水乙醇对镍合金基体表面进行超声清洗15-45min，然后吹干。

优选的是，所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：步骤S2和S3的保护气体均为氩气。

优选的是，所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：在步骤S3中，在激光熔覆时，所述激光束的工艺参数为：激光功率为1000W，激光器光斑直径为5mm，激光扫描速度为110-140mm/min，激光搭接率为50-75%，激光熔覆送粉器的送粉速度为8-11g/min。

本发明的优点：

本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，由Al、Cr、Fe、Mn和Ti元素组成，所制备的AlCrFeMnTi涂层微观结构致密，无褶皱缺陷，并且在500℃下表现出了优异的降磨性能，提高了718镍基合金的耐磨性能；本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，包括熔覆粉末的制备、镍基合金基体表面进行清洗预处理、以及通过激光熔覆工艺在基体上涂层，获得AlCrFeMnTi高熵合金涂层，实现了涂层与基体的冶金结合，能够在高温摩擦环境下有效地保护基体材料。

附图说明

图1为本发明实施例1的熔覆粉末SEM图。

图2为本发明实施例1的AlCrFeMnTi涂层的表面示意图。

图3为本发明实施例1的AlCrFeMnTi涂层与718镍基合金在500℃的磨损率对比图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-3所示，一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，其中：包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，所述AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al20%，Cr 5%， Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：包括以下步骤：

S1.称取Al粉、Cr粉、Fe粉、Mn粉和Ti粉并混合，将混合粉末在氩气中进行球磨和筛选处理，得到平均粒径为10～70μm的熔覆粉末，球磨转速为200r/min，球磨时间为3h；

S2.将718镍合金基体表面打磨抛光，并清洗；

S21.将718镍合金基体表面依次通过180#、400#、800#、1500#、2000#和2500#金相砂纸进行打磨和抛光，除去镍合金基体表面的氧化物杂质；

S22.通过无水乙醇对718镍合金基体表面进行超声清洗15min，然后吹干；

S3.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在镍合金基体表面，激光熔覆送粉器将熔覆粉末送至镍合金基体表面的激光光斑处，设定激光束的工艺参数，在保护气体中开始激光熔覆，待激光熔覆过程结束后，得到AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，熔覆处理的功率为1000W，激光器光斑直径为5mm，激光扫描速度为110mm/min，激光搭接率为50%，送粉速度为8g/min。

实施例2

如图1-3所示，一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，其中：包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，所述AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al20%，Cr 5%， Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：包括以下步骤：

S1.称取Al粉、Cr粉、Fe粉、Mn粉和Ti粉并混合，将混合粉末在氩气中进行球磨和筛选处理，得到平均粒径为10～70μm的熔覆粉末，球磨转速为250r/min，球磨时间为2.5h；

S2.将718镍合金基体表面打磨抛光，并清洗；

S21.将718镍合金基体表面依次通过180#、400#、800#、1500#、2000#和2500#金相砂纸进行打磨和抛光，除去镍合金基体表面的氧化物杂质；

S22.通过无水乙醇对镍合金基体表面进行超声清洗30min，然后吹干；

S3.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在镍合金基体表面，激光熔覆送粉器将熔覆粉末送至镍合金基体表面的激光光斑处，设定激光束的工艺参数，在保护气体中开始激光熔覆，待激光熔覆过程结束后，得到AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，熔覆处理的功率为1000W，激光器光斑直径为5mm，激光扫描速度为120mm/min，激光搭接率为70%，送粉速度为10g/min。

实施例3

如图1-3所示，一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，其中：包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，所述AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al20%，Cr 5%， Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。

一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其中：包括以下步骤：

S1.称取Al粉、Cr粉、Fe粉、Mn粉和Ti粉并混合，将混合粉末在氩气中进行球磨和筛选处理，将AlCrFeMnTi粉末进行球磨和筛选处理，得到平均粒径为10～70μm的熔覆粉末，球磨转速为300r/min，球磨时间为2h；

S2.将718镍合金基体表面打磨抛光，并清洗；

S21.将718镍合金基体表面依次通过180#、400#、800#、1500#、2000#和2500#金相砂纸进行打磨和抛光，除去镍合金基体表面的氧化物杂质；

S22.通过无水乙醇对718镍合金基体表面进行超声清洗15-45min，然后吹干；

S3.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在镍合金基体表面，激光熔覆送粉器将熔覆粉末送至镍合金基体表面的激光光斑处，设定激光束的工艺参数，在保护气体中开始激光熔覆，待激光熔覆过程结束后，得到AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，激光熔覆处理的功率为1000W，激光器光斑直径为5mm，激光扫描速度为140mm/min，激光搭接率为75%，送粉速度为11g/min。

将实施例1制备的熔覆粉末进行粒径测试测试结果如图1所示，从图1可以看出，熔覆粉末粒径细小流动性好，有利于激光熔覆过程中气流送粉。

将实施例1制备的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层进行扫描电镜测试，结果如图2所示，从图2可以看出，涂层微观结构致密，表面平整，无褶皱缺陷。

实施例1制备的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层在500℃时的磨损率如图3所示，对比基体718镍合金，AlCrFeMnTi涂层磨损率明显降低，表现出优异的降磨性能。

本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，由Al、Cr、Fe、Mn和Ti元素组成，所制备的AlCrFeMnTi涂层微观结构致密，无褶皱缺陷，并且在500°C下表现出了优异的降磨性能，提高了718镍基合金的耐磨性能；本发明的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，包括熔覆粉末的制备、镍基合金基体表面进行清洗预处理、以及通过激光熔覆工艺在基体上涂层，获得AlCrFeMnTi高熵合金涂层，实现了涂层与基体的冶金结合，能够在高温摩擦环境下有效地保护基体材料。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.称取Al粉、Cr粉、Fe粉、Mn粉和Ti粉并混合，将混合粉末在保护气体中进行球磨处理，得到平均粒径为10～70μm的熔覆粉末；

S2.将镍合金基体表面打磨抛光，并清洗；

S3.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在镍合金基体表面，激光熔覆送粉器将熔覆粉末送至镍合金基体表面的激光光斑处，设定激光束的工艺参数，在保护气体中开始激光熔覆，待激光熔覆过程结束后，得到AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层；

在步骤S3中，在激光熔覆时，所述激光束的工艺参数为：激光功率为1000W，激光器光斑直径为5mm，激光扫描速度为110-140mm/min，激光搭接率为50-75%，激光熔覆送粉器的送粉速度为8-11g/min；

AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法制备得到的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层，包括基体和设置于基体上的AlCrFeMnTi高熵合金涂层，按质量分数计，所述AlCrFeMnTi高熵合金涂层包括Al 20%，Cr 5%， Fe 50%，Mn 20%，Ti 5%。

2.如权利要求1所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤S1的球磨转速为200-300r/min，球磨时间为2h-3h。

3.如权利要求1所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2具体为：

S21.将镍合金基体表面依次通过180#、400#、800#、1500#、2000#和2500#金相砂纸进行打磨和抛光，除去镍合金基体表面的氧化物杂质；

S22.通过无水乙醇对镍合金基体表面进行超声清洗15-45min，然后吹干。

4.如权利要求1所述的AlCrFeMnTi高熵合金高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2和S3的保护气体均为氩气。