一種多主元合金材料塗層及其製備方法與流程
2023-10-21 14:14:02 1
本發明屬於金屬材料及其製備領域，具體涉及一種多主元合金材料塗層及其製備方法。
背景技術：
為了提高工具的耐磨性，將耐磨損的材料（如：碳化基、氮化基、硼化基、矽化基及氧化基超硬材料等）塗層應用在各類工具的基體上，這些塗層結構上可能包含一層或多層。如：鈦鋁鎳(TiAlN)基的超硬材料塗層廣泛地應用於改善刀具的磨損性能，不同的Al含量對於改善耐磨損和抗氧化產生了影響，以及氮化鈦塗層中其他元素對耐磨損也有影響，尤其是利用PVD工藝生產的氮化鈦塗層。傳統的塗層的合金通常以一種或兩種元素作為主元，通過添加特定少量的合金元素改善性能，但合金元素種類過多會導致金屬間化合物尤其是脆性金屬間化合物的出現，從而導致合金整體性能降低。多主元合金跳出了單一元素為主的傳統合金的設計思想，依靠近等摩爾比多種金屬原子混合形成合金。此類合金有可能在通過合金化和加工後形成新型顯微結構並具有優異性能，從而衝破傳統金屬材料性能極限，滿足工業技術發展對材料的更高需求。因此開發新型合金塗層不僅可以提高各類工具的耐磨性，還可以使其綜合性能得到進一步優化，開發新型塗層用多主元合金具有重要意義。
技術實現要素：
本發明針對上述問題，提供了一種多主元合金材料塗層及其製備方法。
實現本發明的技術方案是：一種多主元合金材料塗層，製備塗層用的多主元合金包括金屬粉末和稀土氧化物，多主元合金的化學式為AlxCoCuFeyMnzNiRep，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0≤p≤0.5；且0.02≤x/(x+y+z+p+3)≤0.20；0.02≤y/(x+y+z+p+3)≤0.20；0.02≤z/(x+y+z+p+3)≤0.20；0≤p/(x+y+z+p+3)≤0.10；Re為Ce或Y。
所述金屬粉末的的純度高於99.5%，所述稀土氧化物的純度高於99.9%。
所述的多主元合金材料塗層的製備方法，步驟如下：
（1）將金屬粉末和稀土氧化物置於球磨罐中，加入不鏽鋼球，然後在惰性氣體環境下將球磨罐密封起來；
（2）將步驟（1）密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為50~250rpm，時間為0.5-6h；
（3）以步驟（2）混料後的粉末為基準，向混料後的粉末中加入97wt%的松節油透醇和3wt%的乙基纖維素調製成糊狀，將糊狀混料塗制於基體上，在80~120℃下烘乾；
（4）在步驟（3）中塗制混料的基體上進行等離子熔覆，熔覆電流120~137A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為120~180mm/min，熔覆完成得到多主元合金塗層。
所述步驟（1）中惰性氣體為氬氣或氮氣。
所述步驟（3）中的基體為鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎳、鎳合金、鐵與鐵合金中的任一種。
本發明的有益效果是：本發明方法能夠獲得成分均勻的多主元合金材料塗層，有效抑制金屬間化合物的形成；該方法工藝簡單，設備成本低，操作可控、生產效率高、適用材料範圍廣。
附圖說明
圖1是實施例1製備的多主元合金AlCoCuFeMnNiCe0.01的X射線衍射圖譜。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。
實施例1
按化學式AlCoCuFeMnNiCe0.01分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、鐵粉、錳粉與鎳粉和0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為150rpm，時間為2h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在90℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鋁上進行等離子熔覆，熔覆電流130A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為160mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例2
按化學式Al0.1CoCuFeMnNiCe0.01分別稱取0.043mol的鋁粉、0.43mol的鈷粉、銅粉鐵粉、錳粉和鎳粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為100rpm，時間為4h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在100℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鋁合金上進行等離子熔覆，熔覆電流125A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為140mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例3
按化學式AlCoCuFe0.1MnNiCe0.01分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、錳粉和鎳粉、0.043mol的鐵粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為50rpm，時間為6h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在120℃下烘乾；在預製有原料的基體材料銅上進行等離子熔覆，熔覆電流120A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為120mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例4
按化學式AlCoCuFeMn0.1NiCe0.01分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、鐵粉和鎳粉、0.043mol的錳粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為250rpm，時間為0.5h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料銅合金上進行等離子熔覆，熔覆電流137A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為180mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例4
按化學式AlCoCuFeMnNi分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、鐵粉、錳粉與鎳粉，各種純金屬粉的純度均高於99.5%；將稱量好的上述純金屬粉末置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為250rpm，時間為2h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在100℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鎳上進行等離子熔覆，熔覆電流125A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為120mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例5
按化學式Al0.5CoCuFeMnNiY0.023分別稱取0.215mol的鋁粉與0.43mol的鈷粉、銅粉、鐵粉、錳粉與鎳粉和0.01mol的氧化釔，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化釔的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氬氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為200rpm，時間為2.5h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鎳合金上進行等離子熔覆，熔覆電流130A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為160mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例6
按化學式Al0.5CoCuFeMn0.5NiY0.023分別稱取0.215mol的鋁粉、錳粉與0.43mol的鈷粉、銅粉、鐵粉與鎳粉和0.01mol的氧化釔，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化釔的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化釔置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氬氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為100rpm，時間為4h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鐵上進行等離子熔覆，熔覆電流125A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為120mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例7
按化學式Al0.5CoCuFe0.5MnNiY0.023分別稱取0.215mol的鋁粉、鐵粉與0.43mol的鈷粉、銅粉、錳粉與鎳粉和0.01mol的氧化釔，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化釔的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化釔置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氬氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為250rpm，時間為0.5h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鐵合金上進行等離子熔覆，熔覆電流137A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為180mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例8
按化學式Al0.1CoCuFeMnNiY0.5分別稱取0.043mol的鋁粉、0.43mol的鈷粉、銅粉、鐵粉、錳粉和鎳粉與0.215mol的氧化釔，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化釔的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化釔置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氬氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為250rpm，時間為0.5h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料上鐵合金進行等離子熔覆，熔覆電流137A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為180mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例9
按化學式Al1.2CoCuFeMnNiCe0.01分別稱取0.516mol的鋁粉、0.43mol的鈷粉、銅粉鐵粉、錳粉和鎳粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為100rpm，時間為4h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在100℃下烘乾；在預製有原料的基體材料鋁合金上進行等離子熔覆，熔覆電流125A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為140mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例10
按化學式AlCoCuFe1.2MnNiCe0.01分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、錳粉和鎳粉、0.516mol的鐵粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為50rpm，時間為6h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在120℃下烘乾；在預製有原料的基體材料銅上進行等離子熔覆，熔覆電流120A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為120mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。
實施例10
按化學式AlCoCuFeMn1.2NiCe0.01分別稱取0.43mol的鋁粉、鈷粉、銅粉、鐵粉和鎳粉、0.516mol的錳粉與0.0043mol的氧化鈰，各種純金屬粉的純度均高於99.5%，氧化鈰的純度高於99.9%；將稱量好的上述純金屬粉末和氧化鈰置於球磨罐中，加入適量的不鏽鋼球，然後在氮氣環境下將放有原料的球磨罐密封起來；將上述密封好的球磨罐置於行星式球磨機上進行混料，混料轉速為250rpm，時間為0.5h；在上述均勻混料後的粉末中加入97wt%松節油透醇和3wt%乙基纖維素調製成糊狀，預製於基體上，在80℃下烘乾；在預製有原料的基體材料銅合金上進行等離子熔覆，熔覆電流137A，熔覆電壓34V，等離子弧移動速度為180mm/min，熔覆完成即在基體上製備出所需的多主元合金塗層。