一种喷涂用高熵合金粉末及其制备方法、复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高熵合金领域，特别是一种喷涂用高熵合金粉末及其制备方法、复合 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高熵合金是在块体非晶合金的基础上发展起来的一种新型合金体系，突破了传统 合金以一种或两种元素为主要组元的设计理念，由不低于5种主要元素按照等原子比或接 近等原子比合金化，其中每种元素都占有较高的百分比，没有任何一种元素原子百分比超 过50%，可视为原子尺度上的复合材料，充分发挥各组元协同作用的特点，使合金获得高强 度、高硬度、高耐蚀性、高耐热性、特殊的电、磁学性质等特性，具有广泛的应用前景。
[0003] 在实际应用中，由于高熵合金制备通常需要较高的凝固速度，难以制得大块的块 体材料，而采用热喷涂快速凝固表面技术在低成本金属材料表面涂覆高性能的高熵合金涂 层具有良好的应用前景。
[0004][0005]
【发明内容】
[0006] 本发明为解决现有的喷涂用高熵合金难以形成均匀合金的技术问题，提供一种可 以形成均匀合金的、具有高强高硬耐腐蚀喷涂用高熵合金粉末及其制备方法、复合材料及 其制备方法。
[0007] 本发明提供了 一种喷涂用高熵合金粉末，所述高熵合金粉末的组成为 CrJ^ebCoeNidAleMfR g,其中a、b、c、d、e、f、g为原子百分数，a、b、c、d、e、f为近等原子百分 t匕，〇〈g〈l,且a+b+c+d+e+f+g=100 ;M为Ti、Hf、Μη、Cu中的至少一种；R为稀土元素中的至 少一种。
[0008] 本发明还提供了该喷涂用高熵合金粉末合金的制备方法，该方法包括： 1)母合金铸锭的制备：将高熵合金原料在真空熔炼炉中进行熔炼后，冷却成型，其中高 熵合金原料包括〇、？6、&)、附、41、]?和1?; 2)制备合金粉末：将步骤1)制得的母合金铸锭放入雾化设备中进行雾化制粉，得到本 发明的高熵合金粉末。
[0009] 本发明还提供了一种复合材料，所述复合材料包括基体以及喷涂在基体表面的高 熵合金层，所述高熵合金层为本发明所述的高熵合金粉末喷涂形成。
[0010] 本发明还提供了一种复合材料的制备方法，该方法为用喷枪将高熵合金粉末喷涂 到基体表面，所述高熵合金粉末为本发明所述的喷涂用高熵合金粉末。
[0011] 本发明的喷涂用高熵合金，稀土元素的添加有利于杂质元素和氧化物夹杂的去 除，可有效的净化合金熔体，并降低合金中的氧含量，提高合金的质量，并提高合金的流动 性及冶金特性。得到的高熵合金的机械强度高达2000Mpa，并且具有高达600HV的显微硬 度，并且需要足够的冷却速度。
[0012] 本发明的高熵合金粉末与现有高熵合金相比更适合制备粉体并用于热喷涂，其制 备的涂层具有高强高硬耐腐蚀的特性，具有巨大的潜在应用前景。
【附图说明】
[0013] 图1为实施例1得到的高熵合金的XRD图。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0015] 本发明提供了 一种喷涂用高熵合金粉末，所述高熵合金粉末的组成为 CrJ^ebCoeNidAleMfR g,其中a、b、c、d、e、f、g为原子百分数，a、b、c、d、e、f为近等原子百分 t匕，〇〈g〈l,且a+b+c+d+e+f+g=100 ;M为Ti、Hf、Μη、Cu中的至少一种；R为稀土元素中的至 少一种。
[0016] 本发明的高熵合金粉末，稀土元素的添加有利于杂质元素和氧化物夹杂的去除， 可有效的净化合金熔体，并降低合金中的氧含量，提高合金的质量，并提高合金的流动性及 冶金特性，但过量的稀土元素会造成物相结构的复杂化，经本发明研究发现，0%到1%原子 百分比的稀土元素具有最佳的冶金效果。根据本发明所提供的喷涂用高熵合金粉末，优选 地，所述M为Ti、Cu和Mn中的至少一种；所述R为Y、La、Ce和Er中的至少一种。根据本 发明所提供的喷涂用高熵合金粉末，优选地，所述15<a< 18，15<b< 18，15<c< 18， 15 < 18,15 < e < 18,15 < f < 18。 根据本发明所提供的喷涂用高熵合金粉末，优选地，所述高熵合金粉末中还包括0-5% 的杂质。本发明的合金由于稀土元素净化作用，可以允许合金中存在5%以内的杂质元素， 因此可以采用工业原材料既可以制备本发明的合金。
[0017] 根据本发明所提供的喷涂用高熵合金粉末，优选地，所述Cr为NiCr中间合金。由 于Cr元素在本发明中属于高熔点金属，为了提升冶金过程中的冶金效率和成分的均匀性， 因此在本发明的冶金工艺中优选采用NiCr中间合金的形式进行冶炼。
[0018] 本发明还提供了一种本发明所述的喷涂用高熵合金粉末合金的制备方法，该方法 包括： 1) 母合金铸锭的制备：将高熵合金原料在真空熔炼炉中进行熔炼后，冷却成型，其中高 熵合金原料包括〇、？6、&)、附、41、]?和1? ; 2) 制备合金粉末：将步骤1)制得的母合金铸锭放入雾化设备中进行雾化制粉，得到本 发明的高熵合金粉末。
[0019] 本发明的高熵合金，可采用真空感应熔炼制备母合金锭，然后采用雾化制粉的技 术制备粉体。如氮气，氩气等。
[0020] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述真空熔炼炉的真空度小于10Pa。由 于本发明的合金具有良好的净化能力，因此在真空感应熔炼工艺中，真空度采用小于IOPa 的低真空既可以冶炼，大大节约了真空冶炼的时间和对生产的要求。为了保证冶金工艺的 顺利进行，也可以在真空度小于IOPa条件下充入保护气体，所述保护气体为氩气、氮气、氦 气、氖气、氪气、氣气中的一种或几种。
[0021] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述熔炼温度为1200-1600°c，熔炼时间 为 5_30min。
[0022] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述粉末化的方法为：将母合金铸棒放入 雾化设备中的作为自耗式电极，抽真空至〇. OlPa以下，同时通入氩气冲击自耗式电极产生 的液流，得到本发明的高熵合金粉末。
[0023] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述氩气的气流压力为0. 2-10MPa，气流 速度为 l〇〇-l〇〇〇m/s。
[0024] 本发明还提供了一种复合材料，所述复合材料包括基体以及喷涂在基体表面的高 熵合金层，所述高熵合金层为本发明所述的高熵合金粉末喷涂形成。
[0025] 优选地，所述基体为铝合金、镁合金、锌合金、铜合金和钢材中的一种。
[0026] 本发明还提供了一种复合材料的制备方法，该方法为用喷枪将高熵合金粉末喷涂 到基体表面，所述高熵合金粉末为本发明所述的喷涂用高熵合金粉末。
[0027] 下面通过具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0028] 实施例1 1、制备高熵合金粉末 按照Cr16.5Fe16.5Ni16. 5C〇16.5A116.5Ti 8Cu8.5Y进行合金配比，所有的金属单质元素采用工业 级纯度产品，纯度大于99%即可，其中Cr采用NiCr中间合金。
[0029] 合金配比完成后投入真空熔炼炉中，抽真空至10Pa，并充入99. 99%的氩气进行气 氛保护，进行合金化冶炼，冶炼温度为1400°C,冶炼时间为30Min,冶炼完成后将合金烙体 铸入模具中，获得直径60mm长度50cm的金属铸棒。
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