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CN109457164B - 一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用 - Google Patents

一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用，属于激光熔覆技术领域。本发明AlNbMoVTi高熵合金粉由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:x，0.5≤x≤2.0。将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨3h以上得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；将AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在预处理基体表面形成预制层，然后置于温度为80～100℃下恒温处理6～10h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层。本发明的熔覆层具有优良的耐磨性和耐腐蚀性能，涂层组织结构优异；激光熔覆层与基材形成细小的稀释区，从而形成冶金结合，使得基材与熔覆层间具有良好的结合作用，有助于提高涂层的耐用性。

Description

一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用
技术领域
本发明涉及一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
高熵合金是一种多主元合金，不同于传统合金，一般被由五个以上的元素主元按照等原子比或接近等原子比配置成的新型合金，这种合金由于高的熵值可以抑制复杂相结构和大量金属间化合物的产生，相对传统合金具有明显的组织和性能优势，合金的性能由多种主元共同作用来决定。
现有高熵合金的制备方法有真空电弧熔炼，机械合金化法，溅射法，热喷涂，激光熔覆。真空电弧熔炼这种方法设备简单,但是由于铸件冷速不均匀，部分区域出现较大晶粒，组织定向性结晶，成分比较难混合均匀。机械合金化制备的产品为粉末状态，需要选择适当的方法对其进行后期处理，使其进一步固结为块状样品，过程比较繁琐，溅射法和热喷涂制备的高熵合金薄膜厚度一般是微米级别，比较薄，很难在生产实际中大规模的应用。
发明内容
针对现有技术中高熵合金的问题，提供一种AlNbMoVTi高熵合金粉及应用，本发明在被熔覆基体面上放置高熵合金粉经过激光熔覆使高熵合金粉和基体表面同时融化，并快速凝固成稀释率极低，与基体成冶金结合的表面涂层并快速凝固，使高熵合金的主元无法充分扩散，从而得到偏析较弱的高熵合金涂层。
一种AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:x，0.5≤x≤2.0。
AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨3h以上得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；
(2)将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在预处理基体表面形成预制层，然后置于温度为80～100℃下恒温处理6～10h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为3500～4000W，扫描速度为300～500mm/min，光斑直径为3.0～5.0mm，离焦量为15～30mm，保护气体为氩气，气体流量为6～10L/min；
所述步骤(2)预处理基体为Ti6-Al4-V；
所述步骤(2)预制层的厚度为0.5～1.2mm；
所述步骤(1)AlNbMoVTi高熵合金粉末的粒径为170～320目；
所述预处理基体为去除氧化皮和油渍的基体。
本发明的有益效果：
(1)本发明的AlNbMoVTi高熵合金粉通过激光熔覆得到的高熵合金熔覆层为组织结构为均匀的树枝晶，高熵合金熔覆层具有晶格畸变高、硬度高和抗腐蚀性能好等特点；
(2)本发明的AlNbMoVTi高熵合金粉通过激光熔覆得到的高熵合金熔覆层与钛基体的结合性能优异，无裂纹等缺陷。
附图说明
图1为实施例1高熵合金熔覆层组织图；
图2为实施例2高熵合金熔覆层组织图；
图3为实施例3高熵合金熔覆层组织图；
图4为实施例4高熵合金熔覆层组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:0.5；
AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨3.5h得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；AlNbMoVTi高熵合金粉末的粒径为200～320目；
(2)将基体(Ti6-Al4-V)依次进行机械打磨去除氧化物，丙酮去除油污，超声波酒精清洗得到去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)；将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)表面形成预制层，其中预制层的厚度为1.0mm；然后置于温度为80℃下恒温处理10h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为3500W，扫描速度为300mm/min，光斑直径为3.0mm，离焦量为15mm，保护气体为氩气，气体流量为8L/min；
本实施例激光熔敷后的高熵合金熔覆层采用王水进行腐蚀，获得了高熵合金熔覆层金相图如图1所示，从图1中可知，高熵合金熔覆层结构致密；采用显微硬度仪测量高熵合金熔覆层的显微硬度，其中高熵合金熔覆层与母材分别不同位置测量五个值，并去除最大与最小值之后取平均值，实验结果见表1，从表1可知，激光熔敷后平均硬度达到946.3HV0.2，较母材368HV0.2得到显著提高；
表1
Figure BDA0001915986390000031
采用电化学工作站测定高熵合金熔覆层在3.5％NaCl电解液中的动电位极化曲线，并利用阴极Tafel曲线外插与腐蚀电位相交得到腐蚀电位与腐蚀电流值，实验结果见表5，从表5可知，基体的腐蚀电位为-1.12V，腐蚀电流为2.5×10-6A·cm-2，高熵合金熔覆层的腐蚀电位为-0.91V，腐蚀电流为3.98×10-7A·cm-2，高熵合金熔覆层抗腐蚀有明显提高。
实施例2：一种AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:1；
AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨4.5h得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；AlNbMoVTi高熵合金粉末的粒径为170～250目；
(2)将基体(Ti6-Al4-V)依次进行机械打磨去除氧化物，丙酮去除油污，超声波酒精清洗得到去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)；将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)表面形成预制层，其中预制层的厚度为1.1mm；然后置于温度为90℃下恒温处理8h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为3700W，扫描速度为400mm/min，光斑直径为4.0mm，离焦量为18mm，保护气体为氩气，气体流量为9L/min；
本实施例激光熔敷后的高熵合金熔覆层采用王水进行腐蚀，获得了高熵合金熔覆层金相图如图2所示，从图2中可知，高熵合金熔覆层结构致密；采用显微硬度仪测量高熵合金熔覆层的显微硬度，其中高熵合金熔覆层与母材分别不同位置测量五个值，并去除最大与最小值之后取平均值，实验结果见表2；从表2可知，激光熔敷后平均硬度达到966.3HV0.2，较母材380HV0.2得到显著提高；
表2
Figure BDA0001915986390000032
采用电化学工作站测定高熵合金熔覆层在3.5％NaCl电解液中的动电位极化曲线，并利用阴极Tafel曲线外插与腐蚀电位相交得到腐蚀电位与腐蚀电流值，实验结果见表5，从表5可知，基体的腐蚀电位为-1.12V，腐蚀电流为2.5×10-6A·cm-2，高熵合金熔覆层的腐蚀电位为-0.88V，腐蚀电流为3.45×10-7A·cm-2，高熵合金熔覆层抗腐蚀有明显提高。
实施例3：一种AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:1.5；
AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨4.5h得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；AlNbMoVTi高熵合金粉末的粒径为170～290目；
(2)将基体(Ti6-Al4-V)依次进行机械打磨去除氧化物，丙酮去除油污，超声波酒精清洗得到去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)；将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)表面形成预制层，其中预制层的厚度为1.2mm；然后置于温度为100℃下恒温处理6h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为3800W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为3.5mm，离焦量为16mm，保护气体为氩气，气体流量为6L/min；
本实施例激光熔敷后的高熵合金熔覆层采用王水进行腐蚀，获得了高熵合金熔覆层金相图如图3所示，从图3中可知，高熵合金熔覆层结构致密；采用显微硬度仪测量高熵合金熔覆层的显微硬度，其中高熵合金熔覆层与母材分别不同位置测量五个值，并去除最大与最小值之后取平均值，实验结果见表3；从表3可知，激光熔敷后平均硬度达到1005.7HV0.2，较母材375.7HV0.2得到显著提高；
表3
Figure BDA0001915986390000041
采用电化学工作站测定高熵合金熔覆层在3.5％NaCl电解液中的动电位极化曲线，并利用阴极Tafel曲线外插与腐蚀电位相交得到腐蚀电位与腐蚀电流值，实验结果见表5，从表5可知，基体的腐蚀电位为-1.12V，腐蚀电流为2.5×10-6A·cm-2，高熵合金熔覆层的腐蚀电位为-0.45V，腐蚀电流为2.45×10-7A·cm-2，高熵合金熔覆层抗腐蚀有明显提高。
实施例4：一种AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:1.2；
AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨4h得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；AlNbMoVTi高熵合金粉末的粒径为170～290目；
(2)将基体(Ti6-Al4-V)依次进行机械打磨去除氧化物，丙酮去除油污，超声波酒精清洗得到去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)；将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在去除氧化皮和油渍的预处理基体(Ti6-Al4-V)表面形成预制层，其中预制层的厚度为1.2mm；然后置于温度为90℃下恒温处理7h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为4000W，扫描速度为500mm/min，光斑直径为5.0mm，离焦量为30mm，保护气体为氩气，气体流量为10L/min；
本实施例激光熔敷后的高熵合金熔覆层采用王水进行腐蚀，获得了高熵合金熔覆层金相图如图4所示，从图4中可知，高熵合金熔覆层结构致密；采用显微硬度仪测量高熵合金熔覆层的显微硬度，其中高熵合金熔覆层与母材分别不同位置测量五个值，并去除最大与最小值之后取平均值，实验结果见表4；从表4可知，激光熔敷后平均硬度达到982.6HV0.2，较母材375HV0.2得到显著提高；
表4
Figure BDA0001915986390000051
采用电化学工作站测定高熵合金熔覆层在3.5％NaCl电解液中的动电位极化曲线，并利用阴极Tafel曲线外插与腐蚀电位相交得到腐蚀电位与腐蚀电流值，实验结果见表5，
表5实施例1～4测得的腐蚀电位与腐蚀电流值
Figure BDA0001915986390000052
从表5可知，基体的腐蚀电位为-1.12V，腐蚀电流为2.5×10-6A·cm-2，高熵合金熔覆层的腐蚀电位为-0.86V，腐蚀电流为3.23×10-7A·cm-2，高熵合金熔覆层抗腐蚀有明显提高。

Claims (1)

1.一种AlNbMoVTi高熵合金粉用于激光熔覆制备熔覆层的方法，其特征在于，所述的AlNbMoVTi高熵合金粉，由Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉组成，其中Al、Nb、Mo、V和Ti的摩尔比为1:1:1:1:x，0.5≤x≤2.0；具体步骤如下：
(1)将Al、Nb、Mo、V和Ti金属粉混合均匀并进行真空球磨3h以上得到AlNbMoVTi高熵合金粉末；
(2)将步骤(1)的AlNbMoVTi高熵合金粉末预置在预处理基体表面形成预制层，然后置于温度为80～100℃下恒温处理6～10h，激光熔覆得到高熵合金熔覆层，其中激光熔覆的激光功率为3800～4000W，扫描速度为300～500mm/min，光斑直径为3.0～5.0mm，离焦量为15～16mm，保护气体为氩气，气体流量为6～10L/min；
所述步骤(2)预制层的厚度为1.2mm；
步骤(2)预处理基体为Ti6-Al4-V。
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