【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及材料表面改性，特別涉及一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層及其制備方法。
技術介紹
1、316l不銹鋼是含碳量極低的鉻鎳奧氏體不銹鋼，具有優異的抗氧化、耐腐蝕和耐高溫性能，因此在醫療器械、航海、石油化工、航空和汽車制造等領域有著廣泛的應用。但316l不銹鋼存在較低的表面硬度和表面易磨損的缺點，使其在服役過程中容易發生磨損失效，這將限制其在耐磨性能要求較高的設備中的應用，例如：在航空發動機和排氣管的使用過程中，微小的損傷同樣會帶來的后果都是非常致命的。當316l不銹鋼應用于汽車行業時，在發動機系統、傳動系統的緊固件方面，通常使用的低合金冷鐓鋼材已被不銹鋼廣泛替代，而且用量呈上升趨勢。因此，利用涂層來提高不銹鋼的耐磨損性能具有重要的研究意義。
2、高熵合金的最初定義是由五種或五種以上的元素以等摩爾比或接近等摩爾比組合而成的單相固溶體合金。近年來，大量面心立方結構(fcc)的高熵合金的磨損行為已被報道，但由于單相fcc結構的高熵合金硬度低，耐磨性相對較差。為了優化它們的摩擦學性能，學者對其進行了一些研究來提高合金系統的硬度和磨損性能，主要涉及調整合金的組成元素和微觀結構，即基于fcc結構的韌性基體，通過添加al、ti、mo或nb元素以誘導硬質增強相的析出。軟基體中硬質相的存在可以抑制位錯運動和塑性流動，從而提高材料的抗變形能力，并增強耐磨性。例如：在一些單相fcc高熵合金中引入具有大原子半徑的al元素可以觸發bcc相的漸進結構變化。
3、激光熔覆技術具有熔覆材料選擇范圍廣、熱影響區小，熔覆層稀釋率低、成形
技術實現思路
1、本專利技術意在提供一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層及其制備方法，解決了高熵涂層與不銹鋼基體因熱膨脹系數、物理化學性能相差較大，熔覆后極易在高熵涂層表面形成裂紋甚至開裂的問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，所述耐磨涂層由打底層和頂層構成，所述打底層為中熵涂層，中熵涂層中co、cr、ni球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1，中熵涂層用于避免涂層與涂層之間、涂層與基體之間的裂紋形成，所述頂層采用高熵涂層，高熵涂層中co、cr、fe、ni、al球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1:1:0.6/0.8/1.0，高熵涂層用于提高基體的耐磨性能。
3、進一步的，所述雙層結構耐磨涂層的制備方法如下：
4、s1、對不銹鋼進行打磨，然后用無水乙醇清洗干凈并干燥備用；
5、s2、按1:1:1的原子百分比依次稱取co、cr、ni球形金屬粉末，將稱取的粉末進行球磨處理，將處理后的粉末放入真空干燥箱中進行干燥得到第一混合粉末；
6、s3、對經打磨后的不銹鋼基體進行預熱，預熱溫度為260℃；
7、s4、將第一混合粉末采用送粉式激光熔覆技術熔覆在步驟s3的不銹鋼基體上；
8、s5、按1:1:1:1:0.6/0.8/1.0原子百分比依次稱取co、cr、fe、ni、al球形金屬粉末，將稱取的粉末進行球磨處理，將處理后的粉末放入真空干燥箱中進行干燥得到第二混合粉末；
9、s6、將第二混合粉末采用送粉式激光熔覆技術熔覆在經步驟s4處理的不銹鋼基體上。
10、進一步的，步驟s2和s5中球形金屬粉末的粒徑均為50-150μm，粉末純度≥99.9％。
11、進一步的，步驟s2和s5中，球磨轉速為300r/min，球磨時間為8h，球料質量比為3：1；真空干燥箱的干燥溫度為80℃，干燥時間為10h。
12、通過上述設置，確保了有足夠的能量熔化粉末并稀釋基體，使得涂層表面和內部沒有未熔粉的出現，讓涂層和基體達到很好的冶金效果。
13、進一步的，步驟s4中，激光熔覆的工藝參數為：激光功率為1.5-1.9kw，掃描速度為13mm/s，光斑直徑為3mm，送粉率為7g/min，氬氣流量為15l/min。
14、進一步的，步驟s5中，激光熔覆的工藝參數為：激光功率為1.5-1.9kw，掃描速度為6mm/s，光斑直徑為3mm，送粉率為7g/min，氬氣流量為15l/min。
15、通過上述設置，適宜的掃描速度可以讓涂層厚度達到理想要求，中熵涂層掃描速度快，可以讓涂層更薄，作為中間層起到很好的連接作用，高熵涂層掃描慢，可以讓涂層較厚，起到很好的耐磨作用，并且適宜的掃描速度可以讓涂層內部組織結構呈現出均勻性的特點。
16、進一步的，所述高熵涂層的厚度為0.8-1.0mm。
17、進一步的，所述雙層結構耐磨涂層厚度為1.2-1.6mm。
18、與現有技術相比，本方案的有益效果：
19、1、本方案設計的雙層結構耐磨涂層成份為cocrni/alxcocrfeni，其中x＝0.6,0.8,1.0。通過在高熵涂層中增加al元素的含量來促進fcc結構向硬度更高的bcc結構大面積轉變，增強固溶強化作用，從而提高涂層的耐磨性能。同時，本方案所提供的制備方法采用耗能低、材料利用率高的激光熔覆同步送粉法。選用中熵合金涂層作為打底層，是因為所選材料為單一軟基fcc結構，其可以有效防止涂層與涂層間的開裂、涂層與基體之間的開裂，以及保證涂層優異的耐蝕性能。選用高熵合金涂層作為頂層，是因為所選高熵合金材料為共晶組織(fcc+bcc)，目的是將硬度較高的bcc相集中分布在表層以增加涂層的耐磨性能。
20、2、本方案所制備的雙層結構涂層，以軟基中熵涂層作為打底層，有效避免了涂層開裂現象的發生，并保證了涂層優異的耐磨耐腐蝕性能，制得的雙層結構涂層從宏觀方面看熔覆質量好、涂層無裂紋、各層之間呈現出優異的冶金結合，從微觀角度看制得的涂層具有組織均勻、結構致密的優點。
21、3、本方案采用的層間互相垂直的送粉式激光熔覆工藝，在制備雙層結構涂層的過程中，快速的加熱和冷卻速度可以避免元素的偏析和脆性金屬間化合物的成核和生長，確保涂層具有穩定的fcc+bcc共晶結構。因此，與現有技術相比，該技術更適用于材料表面的耐磨耐蝕改性。
22、4、本方案研究了cocrni/alxcocrfeni雙層結構涂層中al元素含量添加對硬度和耐磨性能的影響。由基體到中熵涂層再到高熵涂層硬度逐漸增加，并且這種硬度值逐層過渡式的增加避免了涂層之間容易脫落的問題。al元素的加入會促進合金固溶體bcc相的形成，增強固溶強化作用，所制備的三種雙層結構涂層的耐磨性能均優于基體，并明確了在al含量為1.0時，制備涂層硬度高達434hv。
23、5、本方案設計的cocrni/alxcocrfeni雙層結構涂層相較于制備的單一高熵涂層alcocrfeni(～0.64)和單一中熵涂層cocrni(～0.70)的摩擦系數都有所降低，三種雙層結構涂層的摩擦系數分別為～0本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述耐磨涂層由打底層和頂層構成，所述打底層為中熵涂層，中熵涂層中Co、Cr、Ni球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1，中熵涂層用于避免涂層與涂層之間、涂層與基體之間的裂紋形成，所述頂層采用高熵涂層，高熵涂層中Co、Cr、Fe、Ni、Al球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1:1:0.6/0.8/1.0，高熵涂層用于提高基體的耐磨性能。
2.根據權利要求1所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述雙層結構耐磨涂層的制備方法如下：
3.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟S2和S5中球形金屬粉末的粒徑均為50-150μm，粉末純度≥99.9％。
4.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟S2和S5中，球磨轉速為300r/min，球磨時間為8h，球料質量比為3：1；真空干燥箱的干燥溫度為80℃，干燥時間為10h。
5.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟S4中，激光熔覆的工藝參數為：激光功率為1.5
6.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟S5中，激光熔覆的工藝參數為：激光功率為1.5-1.9kW，掃描速度為6mm/s，光斑直徑為3mm，送粉率為7g/min，氬氣流量為15L/min。
7.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述高熵涂層的厚度為0.8-1.0mm。
8.根據權利要求7所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述雙層結構耐磨涂層厚度為1.2-1.6mm。
...【技術特征摘要】
1.一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述耐磨涂層由打底層和頂層構成，所述打底層為中熵涂層，中熵涂層中co、cr、ni球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1，中熵涂層用于避免涂層與涂層之間、涂層與基體之間的裂紋形成，所述頂層采用高熵涂層，高熵涂層中co、cr、fe、ni、al球形金屬粉末的原子百分比為1:1:1:1:0.6/0.8/1.0，高熵涂層用于提高基體的耐磨性能。
2.根據權利要求1所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：所述雙層結構耐磨涂層的制備方法如下：
3.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟s2和s5中球形金屬粉末的粒徑均為50-150μm，粉末純度≥99.9％。
4.根據權利要求2所述的一種激光熔覆雙層結構耐磨涂層，其特征在于：步驟s2和s5中，球磨轉速為300r/min，球磨時間...
【專利技術屬性】
技術研發人員：花日敏，嚴凱，徐義庫，趙秦陽，陳永楠，劉思怡，李雯婷，楊靖，齊昌浩，劉思源，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。