采用超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法和涂层与流程

本发明涉及金属材料涂层，具体地指一种采用超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法和涂层。

背景技术：

1、机械零部件在服役期间会受到不同工况条件下的表面摩擦磨损，其中，液压活塞杆是支持活塞做功的关键连接部件，在服役过程中往复运动频繁，尤其海洋用油缸活塞杆，在外部砂砾等硬质相颗粒及长期海水冲击载荷的影响下表面易发生磨损破坏，严重时导致失效，其表面质量的好坏也将直接影响整个油缸产品的寿命和可靠性。因此，为提高油缸用活塞杆使用寿命，常在其表面制备一层厚度均匀、高强高硬且耐磨损的表面硬化涂层，而涂层的材料和涂层的制备工艺对涂层的质量起到决定性的作用。

2、现有零件表面一般采用等离子喷涂或镀锌制备保护涂层，但极易脱落且硬度难以达到要求。也有少部分零件表面采用铁基合金粉末激光熔覆工艺，得到涂层硬度仅为500-600hv，且耐磨性一般，涂层本身也容易开裂。

3、超高速激光熔覆技术属于先进制造、绿色制造领域，是一种新型表面处理技术，通过利用高能密度激光束将粉末在接触基体前充分熔化，并以液滴形式坠入基体熔池，超常快冷凝固后与基体表面达到冶金结合的效果，显著改善基材表面的耐磨性、耐蚀性及抗氧化性能等。超高速激光熔覆制备的熔覆层具有与基体呈冶金结合、稀释率低、组织细小、致密、性能高等优点，通过超高速激光熔覆对活塞杆进行表面强化和局部的修补，对提高其服役寿命、降低再制造成本、节约金属资源等方面具有重要的意义。

4、高熵合金是一类具有优异性能的新型材料，以其优异的力学性能、耐腐蚀性能、优异的热稳定性等特点受到科学界广泛关注。高熵合金是由五种以上元素，每种元素的原子分数在5％到35％之间，具有的高构型熵使固溶体的相稳定性增强，从而促使合金形成简单fcc或bcc固溶体。由于高熵合金成分的可设计性，使得性能具有“鸡尾酒”效应，其应用层面广泛，高熵合金体系在力学行为方面显示出优异的特性，如高强度、高硬度、抗高温氧化等，在机械制造领域有很大应用潜能。

5、因此，需要开发出一种采用超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法，得到高硬度、耐磨损、低裂纹敏感性的高熵合金耐磨涂层，提升油缸活塞杆寿命和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种采用超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法，得到高硬度、耐磨损、低裂纹敏感性的高熵合金耐磨涂层，提升油缸活塞杆寿命和可靠性。

2、本发明的技术方案为：一种超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法，包括以下步骤：

3、s1、根据目标合金fecocrniwxtay设计成分称取金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta，其中x、y为摩尔比，0.4≤x≤0.6，0.4≤y≤0.6，球磨混合制备得到fecocrniwxtay高熵合金粉末；

4、s2、对基材表面进行预处理，去除表面氧化皮和杂质；

5、s3、采用超高速激光熔覆工艺，将ni625合金粉末在基材表面熔覆制备过渡层，对过渡层表面进行打磨清洗；

6、s4、采用超高速激光熔覆工艺，将步骤s1所得fecocrniwxtay高熵合金粉末在过渡层表面熔覆制备工作层，获得成品。

7、优选的，步骤s1中，金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta粒径均为20～53μm，球磨混合10～24h得到fecocrniwxtay高熵合金粉末。金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta纯度均大于99.9％，粉体纯度一般指质量百分含量。

8、优选的，步骤s1中，以金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta按摩尔比1:1:1:1:(0.4-0.6):(0.4-0.6)为原料。更优选的，金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta按摩尔比1:1:1:1:0.4:0.4或1:1:1:1:0.5:0.5或1:1:1:1:0.6:0.6为原料，对应有x＝0.4、y＝0.4或x＝0.5、y＝0.5或x＝0.6、y＝0.6。

9、优选的，步骤s2中，预处理包括：用砂轮机去除表面氧化物，再用砂纸对基材进行打磨，并用无水乙醇清洗表面。更优选的，采用200～600#砂纸逐级对基材进行打磨。

10、优选的，步骤s3中，超高速激光熔覆工艺参数包括：

11、激光光斑直径2～3mm，激光功率3300～4000kw，线速度10～20m/min，送粉量40～50g/min，单道横向进给量1～1.3mm，保护气体流量7～10l/min，送粉气体流量15～20l/min。

12、优选的，步骤s3中，所述ni625合金粉末粒径为20～53μm，过渡层的厚度为0.5mm～0.8mm。

13、优选的，步骤s3中，打磨清洗包括：用砂轮机去除ni625过渡层表面浮粉，打磨光滑，再砂纸对ni625过渡层进行打磨，并用无水乙醇清洗表面，自然状态下干燥。更优选的，用200～600#砂纸逐级对ni625过渡层进行打磨。

14、优选的，步骤s4中，超高速激光熔覆工艺参数包括：

15、激光光斑直径2～3mm，激光功率4000～4500kw，线速度6～15m/min，送粉量30～40g/min，进给量1.2～1.6mm/r，保护气体流量7～10l/min，送粉气体流量15～20l/min。

16、优选的，步骤s4中，工作层的厚度为0.6mm～1mm。

17、本发明还提供一种高熵合金耐磨涂层，由以上任一超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法制备得到，高熵合金耐磨涂层包括基材表面的过渡层以及过渡层表面的工作层，

18、所述过渡层由ni625合金粉在基材表面采用超高速激光熔覆工艺制备形成，

19、所述工作层由fecocrniwxtay高熵合金粉末在过渡层表面采用超高速激光熔覆工艺制备形成，化学式fecocrniwxtay中x、y均为摩尔比，0.4≤x≤0.6，0.4≤y≤0.6。

20、优选的，所述过渡层的厚度为0.5mm～0.8mm，工作层的厚度为0.6mm～1mm。

21、本发明的有益效果为：

22、1.在工件上先制备ni625过渡层，再于ni625过渡层表面制备fecocrniwxtay高熵合金工作层，这是由于ni625过渡层可有效缓解工作层与试样基体性能差异，改善高硬度的fecocrniwxtay高熵合金工作层易开裂难题，大大提高了涂层的整体防护效果。

23、2.本发明制备的fecocrniwxtay高熵合金工作层，以fe、co、cr、ni等原子比合金作为基体，并通过加入一定量的w、ta元素对工作层性能及质量进行调控，通过ta元素的添加改善工作层开裂倾向，通过w元素的加入进一步强化fecocrniwxtay高熵合金工作层的硬度，使工作层室温硬度可以达到961hv。

24、3.本发明利用高能密度的激光束在工件表面制备高硬高耐磨高熵合金涂层，能大幅度提高工件的服役寿命，降低再制造成本。

技术特征：

1.一种超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s1中，金属粉末fe、co、cr、ni、w和ta粒径均为20～53μm，球磨混合10～24h得到fecocrniwxtay高熵合金粉末。

3.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s2中，预处理包括：用砂轮机去除表面氧化物，再用砂纸对基材进行打磨，并用无水乙醇清洗表面。

4.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中，超高速激光熔覆工艺参数包括：

5.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述ni625合金粉末粒径为20～53μm，过渡层的厚度为0.5mm～0.8mm。

6.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中，打磨清洗包括：用砂轮机去除ni625过渡层表面浮粉，打磨光滑，再用砂纸对ni625过渡层进行打磨，并用无水乙醇清洗表面。

7.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s4中，超高速激光熔覆工艺参数包括：

8.如权利要求1所述的超高速激光熔覆用高熵合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤s4中，工作层的厚度为0.6mm～1mm。

9.一种高熵合金耐磨涂层，其特征在于，由权利要求1～8中任一超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法制备得到，高熵合金耐磨涂层包括基材表面的过渡层以及过渡层表面的工作层，

10.如权利要求9所述的高熵合金耐磨涂层，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.5mm～0.8mm，工作层的厚度为0.6mm～1mm。

技术总结
本发明公开了一种超高速激光熔覆制备高熵合金耐磨涂层的方法，包括以下步骤：S1、以金属粉末Fe、Co、Cr、Ni、W和Ta为原料，球磨混合制备得到FeCoCrNiW<subgt;x</subgt;Ta<subgt;y</subgt;高熵合金粉末；S2、对基材表面进行预处理，去除表面氧化皮和杂质；S3、采用超高速激光熔覆工艺，将Ni625合金粉末在基材表面熔覆制备过渡层，对过渡层表面进行打磨清洗；S4、采用超高速激光熔覆工艺，将FeCoCrNiW<subgt;x</subgt;Ta<subgt;y</subgt;高熵合金粉末在过渡层表面熔覆制备工作层，获得成品。本发明在工件上先制备过渡层，再于制备高熵合金工作层，可有效缓解工作层与试样基体性能差异，改善高熵合金工作层易开裂难题，大大提高了涂层的整体防护效果。

技术研发人员：张永涛,杨秀礼,杜博睿,黄剑,杨佳,简立刚,许培鑫,刘修成,程茂林,肖浩,孟奎,李涛,周霞,范晨阳,叶子昕,吴雪峰,程婷
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21