一種噴涂用高熵合金粉末及其制備方法、復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高熵合金領(lǐng)域，特別是一種噴涂用高熵合金粉末及其制備方法、復(fù)合 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高熵合金是在塊體非晶合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型合金體系，突破了傳統(tǒng) 合金以一種或兩種元素為主要組元的設(shè)計(jì)理念，由不低于5種主要元素按照等原子比或接 近等原子比合金化，其中每種元素都占有較高的百分比，沒(méi)有任何一種元素原子百分比超 過(guò)50%，可視為原子尺度上的復(fù)合材料，充分發(fā)揮各組元協(xié)同作用的特點(diǎn)，使合金獲得高強(qiáng) 度、高硬度、高耐蝕性、高耐熱性、特殊的電、磁學(xué)性質(zhì)等特性，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 在實(shí)際應(yīng)用中，由于高熵合金制備通常需要較高的凝固速度，難以制得大塊的塊 體材料，而采用熱噴涂快速凝固表面技術(shù)在低成本金屬材料表面涂覆高性能的高熵合金涂 層具有良好的應(yīng)用前景。
[0004][0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有的噴涂用高熵合金難以形成均勻合金的技術(shù)問(wèn)題，提供一種可 以形成均勻合金的、具有高強(qiáng)高硬耐腐蝕噴涂用高熵合金粉末及其制備方法、復(fù)合材料及 其制備方法。
[0007] 本發(fā)明提供了 一種噴涂用高熵合金粉末，所述高熵合金粉末的組成為 CrJ^ebCoeNidAleMfR g,其中a、b、c、d、e、f、g為原子百分?jǐn)?shù)，a、b、c、d、e、f為近等原子百分 t匕，〇〈g〈l,且a+b+c+d+e+f+g=100 ;M為T(mén)i、Hf、Μη、Cu中的至少一種；R為稀土元素中的至 少一種。
[0008] 本發(fā)明還提供了該噴涂用高熵合金粉末合金的制備方法，該方法包括： 1)母合金鑄錠的制備：將高熵合金原料在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉后，冷卻成型，其中高 熵合金原料包括〇、？6、&)、附、41、]?和1?; 2)制備合金粉末：將步驟1)制得的母合金鑄錠放入霧化設(shè)備中進(jìn)行霧化制粉，得到本 發(fā)明的高熵合金粉末。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括基體以及噴涂在基體表面的高 熵合金層，所述高熵合金層為本發(fā)明所述的高熵合金粉末噴涂形成。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種復(fù)合材料的制備方法，該方法為用噴槍將高熵合金粉末噴涂 到基體表面，所述高熵合金粉末為本發(fā)明所述的噴涂用高熵合金粉末。
[0011] 本發(fā)明的噴涂用高熵合金，稀土元素的添加有利于雜質(zhì)元素和氧化物夾雜的去 除，可有效的凈化合金熔體，并降低合金中的氧含量，提高合金的質(zhì)量，并提高合金的流動(dòng) 性及冶金特性。得到的高熵合金的機(jī)械強(qiáng)度高達(dá)2000Mpa，并且具有高達(dá)600HV的顯微硬 度，并且需要足夠的冷卻速度。
[0012] 本發(fā)明的高熵合金粉末與現(xiàn)有高熵合金相比更適合制備粉體并用于熱噴涂，其制 備的涂層具有高強(qiáng)高硬耐腐蝕的特性，具有巨大的潛在應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1得到的高熵合金的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015] 本發(fā)明提供了 一種噴涂用高熵合金粉末，所述高熵合金粉末的組成為 CrJ^ebCoeNidAleMfR g,其中a、b、c、d、e、f、g為原子百分?jǐn)?shù)，a、b、c、d、e、f為近等原子百分 t匕，〇〈g〈l,且a+b+c+d+e+f+g=100 ;M為T(mén)i、Hf、Μη、Cu中的至少一種；R為稀土元素中的至 少一種。
[0016] 本發(fā)明的高熵合金粉末，稀土元素的添加有利于雜質(zhì)元素和氧化物夾雜的去除， 可有效的凈化合金熔體，并降低合金中的氧含量，提高合金的質(zhì)量，并提高合金的流動(dòng)性及 冶金特性，但過(guò)量的稀土元素會(huì)造成物相結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，經(jīng)本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，0%到1%原子 百分比的稀土元素具有最佳的冶金效果。根據(jù)本發(fā)明所提供的噴涂用高熵合金粉末，優(yōu)選 地，所述M為T(mén)i、Cu和Mn中的至少一種；所述R為Y、La、Ce和Er中的至少一種。根據(jù)本 發(fā)明所提供的噴涂用高熵合金粉末，優(yōu)選地，所述15<a< 18，15<b< 18，15<c< 18， 15 < 18,15 < e < 18,15 < f < 18。 根據(jù)本發(fā)明所提供的噴涂用高熵合金粉末，優(yōu)選地，所述高熵合金粉末中還包括0-5% 的雜質(zhì)。本發(fā)明的合金由于稀土元素凈化作用，可以允許合金中存在5%以?xún)?nèi)的雜質(zhì)元素， 因此可以采用工業(yè)原材料既可以制備本發(fā)明的合金。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所提供的噴涂用高熵合金粉末，優(yōu)選地，所述Cr為NiCr中間合金。由 于Cr元素在本發(fā)明中屬于高熔點(diǎn)金屬，為了提升冶金過(guò)程中的冶金效率和成分的均勻性， 因此在本發(fā)明的冶金工藝中優(yōu)選采用NiCr中間合金的形式進(jìn)行冶煉。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種本發(fā)明所述的噴涂用高熵合金粉末合金的制備方法，該方法 包括： 1) 母合金鑄錠的制備：將高熵合金原料在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉后，冷卻成型，其中高 熵合金原料包括〇、？6、&)、附、41、]?和1? ; 2) 制備合金粉末：將步驟1)制得的母合金鑄錠放入霧化設(shè)備中進(jìn)行霧化制粉，得到本 發(fā)明的高熵合金粉末。
[0019] 本發(fā)明的高熵合金，可采用真空感應(yīng)熔煉制備母合金錠，然后采用霧化制粉的技 術(shù)制備粉體。如氮?dú)猓瑲鍤獾取?br>[0020] 根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，優(yōu)選地，所述真空熔煉爐的真空度小于10Pa。由 于本發(fā)明的合金具有良好的凈化能力，因此在真空感應(yīng)熔煉工藝中，真空度采用小于IOPa 的低真空既可以冶煉，大大節(jié)約了真空冶煉的時(shí)間和對(duì)生產(chǎn)的要求。為了保證冶金工藝的 順利進(jìn)行，也可以在真空度小于IOPa條件下充入保護(hù)氣體，所述保護(hù)氣體為氬氣、氮?dú)狻⒑?氣、氖氣、氪氣、氣氣中的一種或幾種。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，優(yōu)選地，所述熔煉溫度為1200-1600°c，熔煉時(shí)間 為 5_30min。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，優(yōu)選地，所述粉末化的方法為：將母合金鑄棒放入 霧化設(shè)備中的作為自耗式電極，抽真空至〇. OlPa以下，同時(shí)通入氬氣沖擊自耗式電極產(chǎn)生 的液流，得到本發(fā)明的高熵合金粉末。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明所提供的制備方法，優(yōu)選地，所述氬氣的氣流壓力為0. 2-10MPa，氣流 速度為 l〇〇-l〇〇〇m/s。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括基體以及噴涂在基體表面的高 熵合金層，所述高熵合金層為本發(fā)明所述的高熵合金粉末噴涂形成。
[0025] 優(yōu)選地，所述基體為鋁合金、鎂合金、鋅合金、銅合金和鋼材中的一種。
[0026] 本發(fā)明還提供了一種復(fù)合材料的制備方法，該方法為用噴槍將高熵合金粉末噴涂 到基體表面，所述高熵合金粉末為本發(fā)明所述的噴涂用高熵合金粉末。
[0027] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 實(shí)施例1 1、制備高熵合金粉末 按照Cr16.5Fe16.5Ni16. 5C〇16.5A116.5Ti 8Cu8.5Y進(jìn)行合金配比，所有的金屬單質(zhì)元素采用工業(yè) 級(jí)純度產(chǎn)品，純度大于99%即可，其中Cr采用NiCr中間合金。
[0029] 合金配比完成后投入真空熔煉爐中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氬氣進(jìn)行氣 氛保護(hù)，進(jìn)行合金化冶煉，冶煉溫度為1400°C,冶煉時(shí)間為30Min,冶煉完成后將合金烙體 鑄入模具中，獲得直徑60mm長(zhǎng)度50cm的金屬鑄棒。
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