CN117328060B - 一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 - Google Patents
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117328060B CN117328060B CN202311575058.4A CN202311575058A CN117328060B CN 117328060 B CN117328060 B CN 117328060B CN 202311575058 A CN202311575058 A CN 202311575058A CN 117328060 B CN117328060 B CN 117328060B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- entropy alloy
- coal mine
- scraper conveyor
- alloy coating
- cladding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 103
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 42
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 31
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 2
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005542 laser surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
- C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
- C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本申请涉及表面涂层改性技术领域，具体公开了一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法。一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层以CoCrFeNiMoNbTi高熵合金为原料，以聚乙烯醇溶液为粘结剂，通过激光熔覆技术对16锰钢基体表面进行涂层改性，并采用梯度时效处理工艺制备。本申请制得的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层具有高硬度、高耐磨性和高冲击韧性的特点，用于煤矿刮板输送机中部槽，提高了煤矿刮板输送机中部槽基体的使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及表面涂层改性技术领域，更具体地说，它涉及一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法。
背景技术
刮板输送机是机械化采煤的核心装备，承担着煤炭运输、采煤机运行导向以及液压支架推移支撑的重要任务。中部槽是刮板输送机的关键部件，其在作业时会持续受到刮板、刮板链以及煤料等强烈的摩擦磨损，这导致中部槽成为刮板输送机磨损最为严重的部件。而中部槽磨损失效常造成刮板输送机故障多发、寿命缩短及其他配套设备无法正常工作，从而降低煤矿的生产效率及安全状况。
目前，我国刮板输送机中部槽的材料多为16锰钢，在磨粒磨损工况下，由于磨损接触而没有足够高的表面冲击能量，不能达到充分的加工硬化，使高锰钢未能表现出较高的耐磨性，从而影响其使用寿命，在煤矿使用中，其磨粒磨损工况能更为明显。
因此，对刮板输送机中部槽表面强化处理以提高16锰钢中部槽的表面性能是一个不错的选择。
对表面强化技术是通过物理、化学、机械等手段使产品满足各种工况环境的需要和延长其使用寿命的方法总称。近年来，随着激光器的开发和应用，激光熔覆技术是继热喷涂、堆焊、等离子熔覆等传统技术之后发展的新型技术，具有效率高、热输入量小、加工精度高以及加工后机械零部件性能高等优点。激光表面处理能在不影响钢的整体性能的前提下提高材料表面性能，在改善钢的机械性能方面显示出巨大的潜力。此外，加工时间短、操作灵活和精确也是激光表面改性技术相对于传统工艺的重要优势。
发明内容
为了进一步提高刮板输送机中部槽的表面性能，延长使用寿命，本申请提供一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法，对16锰钢中部槽，通过熔覆材料体系的设计，采用激光熔覆的方法，在中部槽表面激光熔覆一层高熵合金，实现了中部槽表面性能的提升。
第一方面，本申请提供一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，技术方案如下：
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1.制备高熵合金粉末：按原子比分别量取各原料粉末，将量取的粉末混粉，用球磨机球磨至200-300目，然后于80℃下真空干燥2小时，得高熵合金粉末；
S2.基材表面处理：去除16锰钢基体表面的氧化层和杂质，吹干备用；
S3.激光熔覆：将S1得到的高熵合金粉末加入质量分数为8-10%的聚乙烯醇溶液，搅拌至粘稠后，均匀粘附在经S2处理过的16锰钢基体表面，用光纤耦合半导体激光器的高能光束将高熵合金粉末熔覆在基体表面形成高熵合金涂层，得高熵合金涂层；
S4.熔覆后热处理：将激光熔覆得到的高熵合金涂层放入真空处理炉中进行时效处理，时效后放入-50℃的乙醇中冷却30min，自然升至室温即得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层；所述S4中时效处理为：先是700℃下保温2h，然后转至500℃，保温1h，再转至300℃，保温0.5h。
通过采用上述技术方案，以聚乙烯醇溶液为粘接剂，采用激光熔覆，并进行梯度时效处理，可以精准制备出表面高硬度，强耐磨性能，韧性好的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层。
优选的，所述S1中球磨时间为1-2h，球磨机的转速为300-600r/min，球磨罐里充有氩气保护。
通过采用上述技术方案，保持高熵合金粉末制备过程中不被氧化，颗粒大小适中，是保证高熵合金涂层性能的一大关键。
优选的，所述S2中基材表面处理过程为：用200-1000目砂纸打磨16锰钢基体表面以去除氧化膜，流水冲洗干净，然后在无水乙醇中进行超声波清洗，去除表面杂质，清洗完毕后，吹干备用。
通过采用上述技术方案，可以使16锰钢基体表面与高熵合金涂层充分结合。
优选的，所述S3中光纤耦合半导体激光器的激光焦距为13-16mm，激光功率为1600W-2000W，扫描速度为5-7mm/s，光斑直径为3mm-4mm，多道搭接熔覆，搭接率32-35%，熔覆过程中用氩气作保护气，保护气流量为12-18L/min。
通过采用上述技术方案，对激光焦距、功率、扫描速度、光斑直径、搭接方式进行选择限定，得到的高熵合金涂层，熔覆层组织均匀且致密，无气孔、裂痕、夹杂等。
优选的，所述S3中聚乙烯醇溶液的添加量为高熵合金粉末质量的1.2-1.5倍。
通过采用上述技术方案，高熵合金粉末分散均匀，与16锰钢基体表面粘附效果好。
优选的，所述S3中高熵合金粉末粘附厚度为0.8mm-1.5mm。
通过采用上述技术方案，在该粘附厚度下，稀释率适中，激光对高熵合金涂层熔覆彻底，而不过度损伤16锰钢基体。
第二方面，本申请提供一种由上述所述方法制备的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层：
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层，由以下原料制备得到：各原料及其原子分数为：Co为17-20％、Cr为17-20％、Fe为17-20％、Ni为17-20％、Mo为8.5-10％、Nb为5-10.5%、Ti为5-13％，所有组分的原子分数总和为100％，所述各原料的纯度均大于等于99.9％。
通过采用上述技术方案，提高了煤矿刮板输送机中部槽基体的表面硬度和耐磨性以及韧性。
优选的，各原料及其原子分数为：Co为18％、Cr为18％、Fe为18％、Ni为18％、Mo为9％、Nb为8％、Ti为11％。
通过采用上述技术方案，煤矿刮板输送机中部槽基体的表面性能整体最佳。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本发明采用激光熔覆技术，以CoCrFeNiMoNbTi高熵合金作为熔覆涂层材料，以聚乙烯醇溶液为粘结剂，对16锰钢基体表面进行涂层改性，采用梯度时效处理工艺，制备出了具有高硬度、高耐磨性和高冲击韧性的高熵合金涂层，提高了煤矿刮板输送机中部槽基体的表面硬度和耐磨性。
2、采用本申请的制备方法得到的高熵合金涂层，与16锰钢基体结合良好，熔覆层组织均匀且致密，无气孔、裂痕、夹杂等。
3、采用本申请的制备方法得到的高熵合金涂层，微观组织明显，为体心立方(BCC)结构，熔覆区晶体为等轴晶。
4、采用本申请的制备方法得到的高熵合金涂层，其硬度是16锰钢基体的2.26倍，磨损量减少了84%，断裂伸长率提高了77%，整体性能较16锰钢基体有明显的改善，充分保护了16锰钢基体，从而延长16锰钢中部槽的使用寿命，能够更好的用于煤矿刮板输送机。
5、本申请在CoCrFeNiMo0.5高熵合金涂层基础上添加了Nb元素和Ti元素，适量的Nb在该高熵合金中作为异质相形核核心，促进形核，细化晶粒，提高耐磨性；适量的Ti在该高熵合金中能够增加晶格畸变，促使高熵合金生成体心立方(BCC)结构，提高高熵合金的硬度；通过梯度时效处理发现，熔覆后高熵合金成分分散更加均匀,其韧性也进一步增强。
附图说明
图1：本申请实施例2所得高熵合金涂层的物相分析图。
图2：本申请实施例2所得高熵合金涂层的横截面的100μm显微组织图。
图3：本申请实施例2所得高熵合金涂层的横截面的10μm显微组织图。
图4：本申请实施例2所得高熵合金涂层的横截面显微硬度分布曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售，所述各原料的纯度均大于等于99.9％。所述激光实验采用的激光设备为LDF4000-100型光纤耦合半导体激光器。
实施例
实施例1
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层：
各原料及其原子分数为：Co为17％、Cr为17％、Fe为17％、Ni为17％、Mo为8.5％、Nb为10.5％、Ti为13％，所有组分的原子分数总和为100％。
制备过程：
S1.制备高熵合金粉末：按原子比分别量取各原料粉末，将量取的粉末混粉放入球磨机中充有氩气的球磨罐里，在300r/min的转速下球磨2h，粉末粒径变为300目，然后于80℃下真空干燥2小时，得高熵合金粉末；
S2.基材表面处理：先后用220、400、600、800、1000目的砂纸打磨16锰钢基体表面去除氧化膜，流水冲洗干净，然后在无水乙醇中进行超声波清洗，去除表面杂质，清洗完毕后，吹干备用；
S3.激光熔覆：将S1得到的高熵合金粉末加入粘接剂，搅拌至粘稠后，均匀粘附在经S2处理过的16锰钢基体表面，粘附厚度为0.8mm，用光纤耦合半导体激光器的高能光束将高熵合金粉末熔覆在基体表面形成高熵合金涂层，得高熵合金涂层；所述粘接剂为质量分数为8%的聚乙烯醇溶液，添加量为高熵合金粉末质量的1.2倍；所述光纤耦合半导体激光器的激光焦距为16mm，激光功率为1600W，扫描速度为7mm/s，光斑直径为3mm，多道搭接熔覆，搭接率32%，熔覆过程中用氩气作保护气，保护气流量为12L/min；
S4.熔覆后热处理：将激光熔覆得到的试样放入真空处理炉中进行时效处理，时效后放入-50℃的乙醇中冷却30min，自然升至室温即得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层；所述时效处理为：先是700℃下保温2h，然后转至500℃，保温1h，再转至300℃，保温0.5h。
实施例2
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层：
各原料及其原子分数为：Co为18％、Cr为18％、Fe为18％、Ni为18％、Mo为9％、Nb为8％、Ti为11％，所有组分的原子分数总和为100％。
制备过程：
S1.制备高熵合金粉末：按原子比分别量取各原料粉末，将量取的粉末混粉放入球磨机中充有氩气的球磨罐里，在450r/min的转速下球磨1.5h，粉末粒径变为250目，然后于80℃下真空干燥2小时，得高熵合金粉末；
S2.基材表面处理：先后用220、400、600、800、1000目的砂纸打磨16锰钢基体表面去除氧化膜，流水冲洗干净，然后在无水乙醇中进行超声波清洗，去除表面杂质，清洗完毕后，吹干备用；
S3.激光熔覆：将S1得到的高熵合金粉末加入粘接剂，搅拌至粘稠后，均匀粘附在经S2处理过的16锰钢基体表面，粘附厚度为1.2mm，用光纤耦合半导体激光器的高能光束将高熵合金粉末熔覆在基体表面形成高熵合金涂层，得高熵合金涂层；所述粘接剂为质量分数为9%的聚乙烯醇溶液，添加量为高熵合金粉末质量的1.3倍；所述光纤耦合半导体激光器的激光焦距为15mm，激光功率为1800W，扫描速度为6mm/s，光斑直径为4mm，多道搭接熔覆，搭接率33%，熔覆过程中用氩气作保护气，保护气流量为15L/min；
S4.熔覆后热处理：将激光熔覆得到的试样放入真空处理炉中进行时效处理，时效后放入-50℃的乙醇中冷却30min，自然升至室温即得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层；所述时效处理为：先是700℃下保温2h，然后转至500℃，保温1h，再转至300℃，保温0.5h。
采用X射线衍射仪检测高熵合金涂层的物相组织，如图1所示，可以看出，涂层主要为由体心立方结构（BCC）相组成。
采用扫描电子显微镜对涂层截面形貌和组织进行不同显微倍数的观察及分析，如图2和3所示分别为100μm和10μm的形貌和组织图。从图2中可以看出熔覆后的涂层和16Mn基体之间结合良好，涂层的横截面致密，并未产生孔洞、裂纹等缺陷；从图3中可以看出，结合区为粗大柱状枝晶，该粗大柱状枝晶表现为垂直于界面生长，熔覆区为等轴晶，等轴晶由底部粗大到表面细小。
采用维氏显微硬度计测量涂层截面上的显微硬度，测量用标准维氏金刚石四棱锥压头，载荷为300g，加载时间设置为12s。沿样品横截面至基底进行硬度测量，硬度点间隔50μm，结果如图4所示。从图4中可以看出，涂层熔覆区硬度值最大，在结合区硬度下降明显，这可能是由于在熔覆区为细小的等轴晶，且由上至下逐渐粗大，因此熔覆区硬度曲线呈缓慢下降趋势，而在结合区为粗大的柱状枝晶，导致硬度下降明显。
实施例3
一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层：
各原料及其原子分数为：Co为20％、Cr为20％、Fe为20％、Ni为20％、Mo为10％、Nb为5％、Ti为5％，所有组分的原子分数总和为100％。
制备过程：
S1.制备高熵合金粉末：按原子比分别量取各原料粉末，将量取的粉末混粉放入球磨机中充有氩气的球磨罐里，在600r/min的转速下球磨1h，粉末粒径变为200目，然后于80℃下真空干燥2小时，得高熵合金粉末；
S2.基材表面处理：先后用220、400、600、800、1000目的砂纸打磨16锰钢基体表面去除氧化膜，流水冲洗干净，然后在无水乙醇中进行超声波清洗，去除表面杂质，清洗完毕后，吹干备用；
S3.激光熔覆：将S1得到的高熵合金粉末加入粘接剂，搅拌至粘稠后，均匀粘附在经S2处理过的16锰钢基体表面，粘附厚度为1.5mm，用光纤耦合半导体激光器的高能光束将高熵合金粉末熔覆在基体表面形成高熵合金涂层，得高熵合金涂层；所述粘接剂为质量分数为10%的聚乙烯醇溶液，添加量为高熵合金粉末质量的1.2-1.5倍；所述光纤耦合半导体激光器的激光焦距为13mm，激光功率为2000W，扫描速度为5mm/s，光斑直径为4mm，多道搭接熔覆，搭接率35%，熔覆过程中用氩气作保护气，保护气流量为18L/min；
S4.熔覆后热处理：将激光熔覆得到的试样放入真空处理炉中进行时效处理，时效后放入-50℃的乙醇中冷却30min，自然升至室温即得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层；所述时效处理为：先是700℃下保温2h，然后转至500℃，保温1h，再转至300℃，保温0.5h。
对比例
对比例1
与实施例2相同，不同的是Nb的原子分数分别为0、4%、11%，其他金属元素按比例增减，原子分数总和为100％，依次制得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层a1-a3。
对比例2
与实施例2相同，不同的是Ti原子分数分别为0%、4%、14%，其他金属元素按比例增减，原子分数总和为100％，依次制得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层b1-b3。
对比例3
与实施例2相同，不同的是：采用等位时效处理，时效分别为：700℃下保温2h；500℃下保温1h；300℃下保温0.5h，依次制得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层c1-c3。
对比例4
与实施例2相同，不同的是：所述粘接剂9%的聚乙烯醇溶液替换为等质量的乙醇，制得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层d1。
所得的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层d1表面存在凹陷和凸起，不平整，这说明是由于相比于乙醇，使用粘结剂聚乙烯醇溶液对高熵合金粉末的分散更为均匀，对16锰钢基体的粘附效果更好，在激光熔覆过程中不易发生偏移，造成涂层厚度不均匀。
性能检测试验
将实施例1-3所得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及对比例1-3中所得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层a1-a3、b1-b3、c1-c3以及16锰钢基体作为样品按照以下方法进行测试：
采用实施例2所述方法测定样品显微硬度，计算其熔覆区平均硬度。
采用MM-200型磨损试验机测定其耐磨性，样品尺寸为4×4×25mm，摩擦工况为干磨滑动摩擦，加载为10kg，转速为300r/min，实验时间为1h。
通过测试样品的断裂伸长率来表征样品的韧性好坏。采用型号为MTS-4500拉伸装置对样品进行轴向拉伸。试验的工作参数为：负载阈值为4500N，试验速度为0.6mm/min。计算公式：断裂伸长率=（试验后长度-试验前长度）/试验后长度*100%。
结果如表1。
表1.性能测试结果
由表1可知，本申请实施例1-3制备的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层性能优异，平均硬度高，磨损性能佳，韧性好，熔覆区平均硬度高达600HV，是16锰钢基体的2.26倍，磨损量低至0.0004mm3，较16锰钢基体减少了84%，断裂伸长率高达15%，较16锰钢基体提高了77%。结合实施例2和a1-a3可以可看出，Nb元素对煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的磨损性能影响最大，适量的Nb元素添加可以减少其磨损量；结合实施例2和b1-b3可以可看出，Ti元素对煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的硬度影响最大，适量的Ti元素添加可以增加其硬度；结合实施例2和c1-c3可以看出，时效处理对煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的断裂伸长率影响最大，本申请采用梯度时效处理可以增加其断裂伸长率，提高韧性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备高熵合金粉末：按原子比分别量取各原料粉末，将量取的粉末混粉，用球磨机球磨至200-300目，然后于80℃下真空干燥2小时，得高熵合金粉末；
S2.基材表面处理：去除16锰钢基体表面的氧化层和杂质，吹干备用；
S3.激光熔覆：将S1得到的高熵合金粉末加入质量分数为8-10%的聚乙烯醇溶液，搅拌至粘稠后，均匀粘附在经S2处理过的16锰钢基体表面，用光纤耦合半导体激光器的高能光束将高熵合金粉末熔覆在基体表面形成高熵合金涂层，得高熵合金涂层；
S4.熔覆后热处理：将激光熔覆得到的高熵合金涂层放入真空处理炉中进行时效处理，时效后放入-50℃的乙醇中冷却30min，自然升至室温即得煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层；
煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层由以下原料制备得到：各原料及其原子分数为：Co为17-20％、Cr为17-20％、Fe为17-20％、Ni为17-20％、Mo为8.5-10％、Nb为5-10.5%、Ti为5-13％，所有组分的原子分数总和为100％；
所述各原料的纯度均大于等于99.9％；
所述时效处理为：先是700℃下保温2h，然后转至500℃，保温1h，再转至300℃，保温0.5h。
2.根据权利要求1所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述S1中球磨时间为1-2h，球磨机的转速为300-600r/min，球磨罐里充有氩气保护。
3.根据权利要求2所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述S2中基材表面处理过程为：用200-1000目砂纸打磨16锰钢基体表面以去除氧化膜，流水冲洗干净，然后在无水乙醇中进行超声波清洗，去除表面杂质，清洗完毕后，吹干备用。
4.根据权利要求3所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述S3中光纤耦合半导体激光器的激光焦距为13-16mm，激光功率为1600W-2000W，扫描速度为5-7mm/s，光斑直径为3mm-4mm，多道搭接熔覆，搭接率32-35%，熔覆过程中用氩气作保护气，保护气流量为12-18L/min。
5.根据权利要求4所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述S3中聚乙烯醇溶液添加量为高熵合金粉末质量的1.2-1.5倍。
6.根据权利要求5所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法，其特征在于，所述S3中高熵合金粉末粘附厚度为0.8mm-1.5mm。
7.如权利要求1-6任一所述的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层的制备方法得到的煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层，其特征在于，由以下原料制备得到：各原料及其原子分数为：Co为18％、Cr为18％、Fe为18％、Ni为18％、Mo为9％、Nb为7％、Ti为12％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311575058.4A CN117328060B (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311575058.4A CN117328060B (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117328060A CN117328060A (zh) | 2024-01-02 |
| CN117328060B true CN117328060B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=89279533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311575058.4A Active CN117328060B (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117328060B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106086580A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-09 | 昆明理工大学 | 激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆层制备方法 |
| CN109252162A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-22 | 中国石油大学(华东) | 一种具有减摩耐磨性能的高熵合金 |
| CN109797390A (zh) * | 2017-11-17 | 2019-05-24 | 天津大学 | 一种风电轴承用铁基高熵合金粉末及其熔覆层制备方法 |
| CN109797391A (zh) * | 2017-11-17 | 2019-05-24 | 天津大学 | 一种风电轴承用低稀释率FeCrCoNiMoTi高熵合金粉末及其熔覆层的制备方法 |
| CN115555569A (zh) * | 2022-09-30 | 2023-01-03 | 瓮福（集团）有限责任公司 | 一种高耐磨耐蚀的高熵合金涂层材料的制备方法 |
| CN116368250A (zh) * | 2020-11-04 | 2023-06-30 | 株式会社博迈立铖 | 合金构件的制造方法、合金构件及使用合金构件的制造物 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11359638B2 (en) * | 2017-10-31 | 2022-06-14 | Hitachi Metals, Ltd. | Alloy article, method for manufacturing said alloy article, product formed of said alloy article, and fluid machine having said product |
| CN109957700B (zh) * | 2019-04-12 | 2020-06-16 | 苏州大学 | 激光熔化沉积制造用FeCrCuTiV高熵合金粉末及其制备方法 |
-
2023
- 2023-11-24 CN CN202311575058.4A patent/CN117328060B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106086580A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-09 | 昆明理工大学 | 激光熔覆用高熵合金粉末及熔覆层制备方法 |
| CN109797390A (zh) * | 2017-11-17 | 2019-05-24 | 天津大学 | 一种风电轴承用铁基高熵合金粉末及其熔覆层制备方法 |
| CN109797391A (zh) * | 2017-11-17 | 2019-05-24 | 天津大学 | 一种风电轴承用低稀释率FeCrCoNiMoTi高熵合金粉末及其熔覆层的制备方法 |
| CN109252162A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-22 | 中国石油大学(华东) | 一种具有减摩耐磨性能的高熵合金 |
| CN116368250A (zh) * | 2020-11-04 | 2023-06-30 | 株式会社博迈立铖 | 合金构件的制造方法、合金构件及使用合金构件的制造物 |
| CN115555569A (zh) * | 2022-09-30 | 2023-01-03 | 瓮福（集团）有限责任公司 | 一种高耐磨耐蚀的高熵合金涂层材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Remarkable cavitation erosion–corrosion resistance of CoCrFeNiTiMo high-entropy alloy coatings;Jiang Xu、Shuang Peng等;Corrosion Science;第190卷;1-16 * |
| Synergistic effect of Nb and Mo alloying on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy;Rui Fan、Liping Wang;Materials Science & Engineering A;第829卷;1-9 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117328060A (zh) | 2024-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104451673B (zh) | 一种同步超声振动辅助激光技术制备超高硬度熔覆层方法 | |
| CN112030161B (zh) | 一种用于激光熔覆的高熵合金粉末及其使用方法 | |
| CN104141127B (zh) | 高熵合金粉末及熔覆层制备方法和应用 | |
| CN108611636A (zh) | 一种耐磨耐腐蚀复合涂层的制备方法 | |
| CN106835126A (zh) | 一种钛合金表面激光熔覆用陶瓷复合材料 | |
| CN110938816B (zh) | 一种激光熔覆SiC纳米颗粒增强Ti(C,N)陶瓷涂层及其应用 | |
| CN111118493A (zh) | 一种钛合金表面含铜钛基耐磨激光熔覆层及其制备方法 | |
| CN104550901B (zh) | 镍单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料及制备工艺 | |
| CN115537803B (zh) | 一种316L不锈钢表面的WC-Ni耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN111575705A (zh) | 一种碳化钨增强镍基复合涂层的制备方法 | |
| CN108315733A (zh) | 一种激光熔覆铝青铜合金梯度涂层所用粉料及制备方法 | |
| CN106011840A (zh) | 一种抗冲击金属陶瓷耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN110344054A (zh) | 一种利用LaB6对钛基激光熔覆涂层进行改性的方法 | |
| CN105132914B (zh) | 一种添加纳米Ti的激光熔覆Fe基Cr3C2复合涂层及其制备方法 | |
| CN117328060B (zh) | 一种煤矿刮板输送机中部槽用高熵合金涂层及制备方法 | |
| CN109355657A (zh) | 一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法 | |
| CN108950538B (zh) | 一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法 | |
| CN115852361B (zh) | 一种用于材料表面防护的耐磨高熵合金涂层及其制备方法 | |
| CN117187658A (zh) | 一种耐磨耐蚀的Ti5Si3析出相增强高熵合金涂层 | |
| CN116445792A (zh) | 一种耐磨难熔高熵合金涂层及其制备方法 | |
| CN114134426B (zh) | 一种铁基激光熔覆层粉末及铁基熔覆层的制备方法 | |
| CN104697918A (zh) | 一种CrTiAlN涂层高温抗氧化性能测试方法 | |
| CN114892060A (zh) | H13热作模具钢表面激光熔覆高熵合金粉沫涂层的方法 | |
| CN106367713A (zh) | 钛合金表面盐浴渗硼剂及其渗硼方法 | |
| CN110499505A (zh) | 一种高温自润滑钴基耐磨复合层、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240218 Address after: 714000 Hanjing Town, Pucheng County, Weinan City, Shaanxi Province Patentee after: XI'AN HEAVY EQUIPMENT PUBAI COAL MINING MACHINERY Ltd. Country or region after: China Patentee after: Shaanxi University of Technology Address before: Small and Micro Park, Xiaotunzhuang Village, Huangzhai Town, Yangqu County, Taiyuan City, Shanxi Province, 030100 Patentee before: Shanxi Haicheng Intelligent Manufacturing Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: XI'AN HEAVY EQUIPMENT PUBAI COAL MINING MACHINERY Ltd. Patentee before: Shaanxi University of Technology |