一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法和应用与流程

本发明属于高熵合金涂层，特别涉及一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法和应用。

背景技术：

1、激光熔覆技术(laser cladding，lc)是指在基材表面添加不同熔覆材料，并采用高能激光束使熔覆材料与基材表面一起互熔的方法。激光熔覆技术自动化程度高，对熔覆材料几乎没有限制，并且制备的涂层性能优异，被广泛应用于航空航天、模具、舰船等领域。

2、高熵合金(high-entropy alloys，heas)由多种等摩尔比或接近等摩尔比的元素组成，确保了每种元素都不占据绝对的主导地位，打破了传统合金的设计理念。因此，高熵合金具有四大效应：高熵效应、晶格畸变效应、扩散迟滞效应和鸡尾酒效应，这些效应共同提高了高熵合金的性能，赋予其独特的物理和化学性能，包括同时具备高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化等性能，突破了传统合金的性能极限，有望应用于航空航天、海工装备等领域，为高熵合金的应用带来了无限的可能。

3、但是，高熵合金采用激光熔覆技术成型的过程中，往往因为凝固收缩、热应力、高熵效应而形成裂纹等缺陷，严重影响高熵合金涂层的使用性能。因此，如何抑制高熵合金涂层产生裂纹，成为采用激光熔覆技术实现高熵合金涂层应用的关键。

4、常规操作中一般采用火焰加热的方式对基材和高熵合金涂层进行预热处理，将基材表面与高熵合金涂层之间的拉应力转变为压应力，以到达消除应力裂纹的目的。但是，这种操作方法对基体整体进行加热，易诱发基体组织结构转变及其力学性能降低；而且，这种操作方法对尺寸较大的材料适用性较差，明火加热也限制了这种操作方法的使用范围，导致其无法被大规模地应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法和应用。本发明提供的方法在基材和高熵合金涂层之间制备中间层，能够抑制高熵合金涂层裂纹的产生。

2、本发明提供了一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法，包括以下步骤：

3、在基材和高熵合金涂层之间设置中间层；

4、所述高熵合金涂层包括高熵合金主料；

5、所述中间层的金属元素选自高熵合金主料组成元素中的一种。

6、优选地，所述高熵合金主料包括alcocrfeniti。

7、优选地，所述中间层包括bni2层、ni层和fe层中的一种；所述中间层的厚度为1～3mm。

8、优选地，所述高熵合金涂层还包括助剂；所述助剂分散于高熵合金主料中；

9、所述助剂由陶瓷颗粒和润滑材料混合而成；

10、优选地，所述陶瓷颗粒包括氧化物、碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种；所述氧化物包括氧化铝和/或氧化锆，所述碳化物包括碳化硅、碳化钨和碳化钛中的一种或多种，所述氮化物包括氮化铝和/或氮化硅；

11、所述润滑材料包括石墨、氟化钙、二硫化钼和硫化钨中的一种。

12、优选地，所述助剂的质量为高熵合金主料质量的0～3％，且不为0％；

13、所述陶瓷颗粒的质量为高熵合金主料质量的0～2％，且不为0％；所述润滑材料的质量为高熵合金主料质量的0～1％，且不为0％。

14、优选地，所述中间层的制备在真空气氛或保护气氛中进行；所述真空气氛的真空度为5～10pa；所述保护气氛为氮气或氩气；所述中间层的制备方法为激光熔覆；

15、所述激光熔覆的参数包括：激光功率为0.8～1kw；扫描速度为240～300mm/min；送粉量为8～12g/min；搭接率为35～45％。

16、优选地，所述中间层的制备原料包括粉料；

17、所述粉料包括bni2粉、ni粉和fe粉中的一种；

18、所述粉料的粒径为100～300目。

19、优选地，所述高熵合金涂层的制备在真空气氛或保护气氛中进行；所述真空气氛的真空度为5～10pa；所述保护气氛为氮气或氩气；

20、所述高熵合金涂层的制备方法包括激光熔覆、磁控溅射、火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂中的一种。

21、优选地，所述基材包括h13模具钢和/或h11模具钢。

22、本发明提供了一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法，包括以下步骤：在基材和高熵合金涂层之间设置中间层；所述高熵合金涂层包括高熵合金主料；所述中间层的金属元素选自高熵合金主料组成元素中的一种。

23、高熵合金涂层产生裂纹的主要原因是由于不同材质的热膨胀系数不同而产生应力，从而出现裂纹。本发明通过在基材与高熵合金涂层之间设置中间层，能够将基材与高熵合金涂层在激光熔覆时产生的拉应力转变成压应力，将应力释放到中间层，减小了高熵合金涂层中的应力，进而达到抑制高熵合金涂层裂纹产生的目的。而且，由于中间层的材质选自高熵合金主料金属组成元素中的一种，所以中间层与高熵合金涂层能够相互融合，不会影响其附着力。本发明提供的方法不会对基材的组织结构和力学性能产生影响，极大地提升了高熵合金涂层的抗摩擦性能，具有广泛的应用空间。

24、实施例的结果表明：未制备中间层的高熵合金涂层表面都是裂纹(见图4，图中红色的条纹都是裂纹)，而制备中间层的高熵合金涂层表面呈白色，基本看不到裂纹(见图1)，说明本发明提供的方法效果明显，能够有效抑制高熵合金涂层裂纹的产生。未制备中间层的高熵合金涂层的磨损深度很深，而制备中间层的高熵合金涂层基本无磨损，磨损量降低30％。硬度高于未制备中间层的高熵合金涂层，硬度变大或不变说明高熵合金涂层基本没有裂纹产生，性能优异。

25、本发明还提供了上述方案所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法在制备高熵合金涂层中的应用。采用本发明提供的方法制备高熵合金涂层，制备得到的高熵合金涂层的性能优异，没有裂纹；且适用于多种基材，能够用于多种极端环境条件，极大地扩大了高熵合金涂层的应用范围。

技术特征：

1.一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述高熵合金主料包括alcocrfeniti。

3.根据权利要求2所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述中间层包括bni2层、ni层和fe层中的一种；所述中间层的厚度为1～3mm。

4.根据权利要求1所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述高熵合金涂层还包括助剂；所述助剂分散于高熵合金主料中；

5.根据权利要求4所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括氧化物、碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种；所述氧化物包括氧化铝和/或氧化锆，所述碳化物包括碳化硅、碳化钨和碳化钛中的一种或多种，所述氮化物包括氮化铝和/或氮化硅；

6.根据权利要求4所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述助剂的质量为高熵合金主料质量的0～3％，且不为0％；

7.根据权利要求1所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述中间层的制备在真空气氛或保护气氛中进行；所述真空气氛的真空度为5～10pa；所述保护气氛为氮气或氩气；所述中间层的制备方法为激光熔覆；

8.根据权利要求3所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述中间层的制备原料包括粉料；

9.根据权利要求1或2所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述高熵合金涂层的制备在真空气氛或保护气氛中进行；所述真空气氛的真空度为5～10pa；所述保护气氛为氮气或氩气；

10.根据权利要求1所述的抑制高熵合金涂层裂纹的方法，其特征在于，所述基材包括h13模具钢和/或h11模具钢。

技术总结本发明属于高熵合金涂层技术领域，特别涉及一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法和应用。本发明提供的一种抑制高熵合金涂层裂纹的方法，包括以下步骤：在基材和高熵合金涂层之间设置中间层；所述高熵合金涂层包括高熵合金主料；所述中间层的金属元素选自高熵合金主料组成元素中的一种。本发明通过在基材与高熵合金涂层之间设置中间层，能够将基材与高熵合金涂层在激光熔覆时产生的应力释放到中间层，减小高熵合金涂层中的应力，进而达到抑制高熵合金涂层裂纹产生的目的。本发明提供的方法不会对基材的组织结构和力学性能产生影响，极大地提升了高熵合金涂层的抗摩擦性能，具有广泛的应用空间。技术研发人员：吕文泉,连五祥,李海新,胡海龙,陈智超,扈伟强,容煜,张远航,周峰受保护的技术使用者：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室技术研发日：技术公布日：2024/10/17