一种稀土掺杂高熵合金涂层及其制备方法与流程

本发明涉及合金涂层，特别涉及一种稀土掺杂高熵合金涂层及其制备方法。

背景技术：

1、高熵合金的出现推动了合金的多元化发展，并表现出优异的性能，例如高硬度、高耐磨性、优异的耐腐蚀性和良好的热稳定性。但因高熵合金中一般含有镍、钴、铬等元素，使得块状高熵合金成本过高，极大地限制了高熵合金的推广应用。

2、为了充分利用高熵合金所具有的优异性能，结合材料表面技术，可制备高熵合金涂层。但高熵合金涂层采用的原料往往是各种纯元素粉末的混合粉末或者经烧结制粒得到的高熵合金粉末，各种纯元素粉末的混合粉末往往存在成分分布不均、粉末粒度相差较大的问题，烧结制粒得到的高熵合金粉末存在制备流程长，步骤繁杂的问题，且所得涂层的硬度也有待进一步提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种稀土掺杂高熵合金涂层及其制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，涂层制备效率高，所得涂层具有高硬度和高致密性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种稀土掺杂高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、将高熵合金原料和稀土原料机械混合，得到混合合金粉末；

5、对所述混合合金粉末进行等离子球化处理，得到稀土掺杂高熵合金粉末；

6、在基体表面对所述稀土掺杂高熵合金粉末进行宽速域高能等离子喷涂，于基体表面得到稀土掺杂高熵合金涂层。

7、优选的，所述高熵合金为hfmonbtizrw；

8、所述稀土原料为la粉、y粉和yb粉中的一种或几种。

9、优选的，所述高熵合金原料和稀土原料的粒径≤80μm。

10、优选的，所述高熵合金原料与稀土原料的原子比为(95～99):(1～5)。

11、优选的，所述机械混合为球磨混合，所述球磨混合的球料比为3:1，转速为200～300rpm，时间为90～120min。

12、优选的，所述等离子球化处理的功率为15～40kw，送粉率为10～20g/min，氢气载气流量为5～15l/min，氩气保护流量为60～90l/min。

13、优选的，所述宽速域高能等离子喷涂的参数包括：

14、喷涂电压为110～130v；

15、电流为350～400a；

16、氩气流量为140～160l/min；

17、喷涂距离为80～100mm；

18、送粉速率为5～10g/min。

19、优选的，所述稀土掺杂高熵合金涂层的厚度为150～200μm。

20、本发明提供了上述制备方法制备得到的稀土掺杂高熵合金涂层，所述稀土掺杂高熵合金涂层的成分包括高熵合金和掺杂于所述高熵合金中的稀土元素。

21、优选的，所述稀土掺杂高熵合金涂层的硬度为1800～2000hv，孔隙率为0.5～2％。

22、本发明提供了一种稀土掺杂高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：将高熵合金原料和稀土原料机械混合，得到混合合金粉末；对所述混合合金粉末进行等离子球化处理，得到稀土掺杂高熵合金粉末；在基体表面对所述稀土掺杂高熵合金粉末进行宽速域高能等离子喷涂，于基体表面得到稀土掺杂高熵合金涂层。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、本发明采用等离子球化法制备了稀土掺杂高熵合金粉末，与球磨后的混合粉末相比，本发明制备的粉末球形度高、成分更为均匀、且粒度变小，进一步细化了粉末，具有了良好的流动性。

24、本发明利用宽速域高能等离子喷涂方法有效地制备了稀土掺杂高熵合金涂层。稀土元素可以促进非均质形核，降低比表面能，使合金晶粒细化，涂层趋于致密，以提高合金涂层的力学性能。此外，宽速域高能等离子喷涂技术具有高温高速的优点，与传统热喷涂技术相比，其制备的涂层与基体之间界面结合良好，致密性和力学性能更高。实验测试表明，稀土掺杂高熵合金涂层硬度达到1800～2000hv，且孔隙率仅为0.5～2％。

25、此外，本发明提供的制备方法不需要对高熵合金粉末进行烧结，方法工艺简单、容易控制，涂层制备效率高，易于实现工业化批量生产，具有广阔的应用市场。

技术特征：

1.一种稀土掺杂高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金为hfmonbtizrw；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金原料和稀土原料的粒径≤80μm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述高熵合金原料与稀土原料的原子比为(95～99):(1～5)。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械混合为球磨混合，所述球磨混合的球料比为3:1，转速为200～300rpm，时间为90～120min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子球化处理的功率为15～40kw，送粉率为10～20g/min，氢气载气流量为5～15l/min，氩气保护流量为60～90l/min。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述宽速域高能等离子喷涂的参数包括：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土掺杂高熵合金涂层的厚度为150～200μm。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的稀土掺杂高熵合金涂层，所述稀土掺杂高熵合金涂层的成分包括高熵合金和掺杂于所述高熵合金中的稀土元素。

10.根据权利要求9所述的稀土掺杂高熵合金涂层，其特征在于，所述稀土掺杂高熵合金涂层的硬度为1800～2000hv，孔隙率为0.5～2％。

技术总结本发明提供了一种稀土掺杂高熵合金涂层及其制备方法，属于合金涂层技术领域。本发明采用等离子球化法制备了稀土掺杂高熵合金粉末，与球磨后的混合粉末相比，本发明制备的粉末球形度高、成分更为均匀、且粒度变小，进一步细化了粉末，具有了良好的流动性。本发明利用宽速域高能等离子喷涂方法有效地制备了稀土掺杂高熵合金涂层。稀土元素可以促进非均质形核，降低比表面能，使合金晶粒细化，涂层趋于致密，以提高合金涂层的力学性能。此外，宽速域高能等离子喷涂技术具有高温高速的优点，与传统热喷涂技术相比，其制备的涂层与基体之间界面结合良好，致密性和力学性能更高。技术研发人员：汪瑞军,吕聪,白宇,詹华,王莹,王玉受保护的技术使用者：中国农业机械化科学研究院集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1