權(quán)利要求書： 1.一種FeCoNiCrMn高熵合金涂層，其特征在于，按照以下步驟制備：

1）由Fe、Co、Ni、Cr、Mn元素作為主元，按照等原子比形成合金體系，稱取純度高于99.9%的原始粉末，采用氣霧化方法制備球形高熵合金粉末；

2）將氣霧化制備的高熵合金粉末過篩，選取粒徑范圍在45 84mm之間的粉末，以保證~

粉末在噴涂過程中良好的流動性，并將高熵合金粉末置于90℃下干燥2小時(shí)備用；

3）選用304L不銹鋼作為基體，用乙醇超聲清洗基體以去除油污，并對基體進(jìn)行噴砂粗化處理，增加涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；

4）以上述制備的高熵合金粉末作為原料，通過大氣等離子噴涂設(shè)備在噴砂粗化處理后的基體表面上噴涂，獲得FeCoNiCrMn高熵合金涂層的厚度為200mm，噴涂參數(shù)為：噴涂電流

518A，噴涂電壓54，氬氣流量：40L/min，氫氣流量：6L/min，送粉率：40g/min，噴涂距離：150mm，噴槍平移速度為200mm/s，每次向下移動3mm，重復(fù)噴涂5次；

5）將制備好的高熵合金涂層在氮?dú)獗Ｗo(hù)850℃下熱處理4h，目的是使涂層中的合金元素發(fā)生充分?jǐn)U散，析出硬質(zhì)相，從而提高涂層的硬度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FeCoNiCrMn高熵合金涂層，其特征在于，所述步驟4）中：基體在乙醇中超聲清洗15min，噴砂時(shí)采用20號棕剛玉砂，噴砂使用的壓縮空氣壓力為0.6MPa，置于90℃下干燥2小時(shí)后進(jìn)行等離子噴涂。

說明書： 一種FeCoNiCrMn高熵合金及利用該合金制備耐磨涂層的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明公開了一種FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂層的制備方法，屬于工程科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)[0002] 自2004年首次被提出，高熵合金在材料界掀起很大熱潮，引起了研究者的極大興趣。高熵合金是一種由五種或五種以上元素作為主元，按照等原子比或近等原子比形成的

合金體系，每種元素的原子百分含量在5%?35%之間，由于該合金的多主元特性，高熵合金具

有四大效應(yīng)，即熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)，動力學(xué)上的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)，結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)與

性能上的“雞尾酒”效應(yīng)，使高熵合金在性能上具有高硬度、高韌性、高耐磨性和耐腐蝕性能

等傳統(tǒng)合金不能同時(shí)具有的優(yōu)異性。

[0003] 目前對于高熵合金主要采用熔煉的方法制備的塊體合金，CN108103381A提出采用高能球磨制備高熵合金粉末，通過放電等離子燒結(jié)制備FeCoNiCrMn塊狀合金，高熵合金組

成元素均是價(jià)格相對較高的金屬元素，由于制備塊狀合金成本高從而阻礙了其在工業(yè)上的

廣泛應(yīng)用，采用等離子噴涂工藝制備FeCoNiCrMn高熵合金涂層，可在大幅度降低經(jīng)濟(jì)成本

的優(yōu)勢下，在工件表面形成特殊功能的涂層。CN106319513A提出在FeNiAlCrCo高熵合金涂

層制備中添加B元素，從而使涂層粒徑減小，提高涂層硬度；CN108103494A提出采用激光熔

覆工藝，在45鋼基體上制備了FeCoCrxNiB(x表示Cr元素的摩爾比)高熵合金涂層，并探究最

佳Cr元素含量。以上專利主要研究單個(gè)元素對合金體系性能的影響，而高熵合金粉末由多

種單質(zhì)金屬粉合金化而成，在涂層制備過程中因各金屬的熔點(diǎn)不一，往往會使高熵合金涂

層產(chǎn)生孔隙、裂紋及不均勻等缺點(diǎn)，在等離子噴涂過程中，氫氣流量對于等離子體溫度起到

決定性作用，氫氣流量越大，噴槍產(chǎn)生的等離子體溫度越高。高熵合金粉末采取氣霧化制備

而成，使得粉末具有良好的球形度，在噴涂過程中保證粉末的良好流動性；FeCoNiCrMn高熵

合金系統(tǒng)中最大的原子半徑差為1.3%，研究表明，當(dāng)合金體系中最大原子半徑差小于12%，

合金體系的焓值將在?40~10kJ/mol之間，根據(jù)吉布斯自由能公式Gmix=Hmix?TSmix可知，合金

體系中元素種類增加，會導(dǎo)致合金體系的混合熵大于金屬間脆性化合物的熵值，從而抑制

金屬間化合物出現(xiàn)，促進(jìn)合金形成具有單一相的簡單固溶體結(jié)構(gòu)；由于高熵合金具有擴(kuò)散

遲滯效應(yīng)，在過飽和的固溶體中，易析出硬質(zhì)相，從而起到彌散強(qiáng)化作用，并且析出的硬質(zhì)

相在涂層摩擦過程中易形成氧化保護(hù)釉層，從而顯著提高涂層的摩擦性能。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂層的制備方法，利用氣霧化的方法制備FeCoNiCrMn球形高熵合金粉末，采用大氣等離子噴涂工藝在不銹鋼基體表面制

備耐磨涂層。通過調(diào)整噴涂參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對涂層微觀形貌的最大程度優(yōu)化，得到涂層耐磨性能

最佳的噴涂參數(shù)。本發(fā)明制備的FeCoNiCrMn高熵合金涂層層間結(jié)合良好，組織致密，耐磨性

能極佳。

[0005] 為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種FeCoNiCrMn高熵合金，由Fe、Co、Ni、Cr、Mn元素作為主元，按照等原子比或近等原子比形成所述的合金體系。

[0006] 所述的FeCoNiCrMn高熵合金，按照以下步驟進(jìn)行制備：[0007] （1）按照等原子比設(shè)計(jì)高熵合金成分，稱取純度高于99.9%的原始粉末，將粉末置于氣霧化制粉設(shè)備的感應(yīng)坩堝中，以氬氣作為保護(hù)氣體進(jìn)行熔煉，將充分熔煉的合金溶液

在8MPa高壓氬氣氣流沖擊下霧化形成高熵合金粉末；

[0008] （2）將氣霧化制備的高熵合金粉末過篩，選取粒徑在45 84mm之間的粉末，并將高~

熵合金粉末進(jìn)行干燥。

[0009] 所述1）步驟中，量取的原始Fe、Co、Ni、Cr、Mn粉末純度均高于99.9%。[0010] 所述2）步驟中，將高熵合金粉末置于90℃下干燥2小時(shí)。[0011] 一種FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂層的制備方法，將FeCoNiCrMn高熵合金粉末噴涂在基體表面上。

[0012] 一種FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂層的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行制備：[0013] （1）選用基體，并對其表面進(jìn)行處理；[0014] （2）將制備的高熵合金粉末作為原料，采用不同噴涂參數(shù)，在處理后的基體表面上進(jìn)行等離子噴涂，獲得FeCoNiCrMn高熵合金涂層；

[0015] （5）對制備的高熵合金涂層進(jìn)行熱處理，獲得硬度更高的FeCoNiCrMn高熵合金涂層。

[0016] 所述1）步驟中：基體在乙醇中超聲清洗15min，噴砂時(shí)采用20號棕剛玉砂，噴砂使用的壓縮空氣壓力為0.6MPa，置于90℃下干燥2小時(shí)后進(jìn)行等離子噴涂。

[0017] 所述2）步驟中：等離子噴涂參數(shù)為：噴涂電流518A，噴涂電壓54，氬氣流量：40L/min，氫氣流量：3?6L/min，送粉率：40g/min，噴涂距離：120?150mm，噴槍平移速度為

200mm/s，每次向下移動3mm，重復(fù)噴涂5次。

[0018] 所述3）步驟中：熱處理溫度為800±50℃，時(shí)間為2?5h，保護(hù)氣氛為氮?dú)狻0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于：[0020] 1）在本發(fā)明中，高熵合金由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)而具有的高熵效應(yīng)，大幅度提高了合金體系和金屬化合物的溶解性，提高合金與金屬化合物的結(jié)合力。

[0021] 2）在本發(fā)明中，采用等離子噴涂技術(shù)制備高熵合金涂層，通過改變H2流量以控制焰流溫度，使得高熵合金粉末在沉積過程中充分融化，增強(qiáng)扁平化顆粒之間界面結(jié)構(gòu)，降低

涂層的孔隙率并抑制裂紋的生成，得到FeCoNiCrMn高熵合金涂層法的最佳噴涂參數(shù)。

[0022] 3）在本發(fā)明中，高熵合金涂層經(jīng)過熱處理后不發(fā)生相變，保持穩(wěn)定的Fcc相；由于高熵合金具有擴(kuò)散遲滯效應(yīng)，在過飽和的固溶體中，易析出硬質(zhì)相并起到彌散強(qiáng)化作用，并

且析出的硬質(zhì)相在涂層摩擦過程中易形成氧化保護(hù)釉層，從而顯著提高涂層的摩擦性能。

[0023] 4)本發(fā)明提出采用大氣等離子噴涂技術(shù)成本較低，適合應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的FeCoNiCrMn高熵合金涂層具有高硬度、耐磨性等特點(diǎn)，經(jīng)過后續(xù)熱處理強(qiáng)化，涂層的硬度

和耐磨性又有了大幅的提高。

[0024] 本發(fā)明高熵合金由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)而具有的高熵效應(yīng)，大幅度提高了合金體系和金屬化合物的溶解性，提高合金與金屬化合物的結(jié)合力，在本發(fā)明中，高熵合金涂層成

分設(shè)計(jì)時(shí)，合金系統(tǒng)中最大的原子半徑差為1.3%，有利于單一相的形成；采取氣霧化制備高

熵合金粉末，得到的粉末球形度好，在噴涂過程中保證粉末的良好流動性；由于高熵合金具

有擴(kuò)散遲滯效應(yīng)，在過飽和的固溶體中，易析出硬質(zhì)相，從而起到彌散強(qiáng)化作用。根據(jù)噴涂

溫度的不同，硬質(zhì)相析出數(shù)量不同，噴涂中氫氣流量決定等離子焰流溫度，氫氣流量越大，

焰流溫度越高，相比與氫氣流量為3L/min的涂層，氫氣流量為6L/min的高熵合金涂層具

有較高的硬度和優(yōu)異的耐磨性。

附圖說明[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1熱噴涂FeCoNiCrMn高熵合金涂層的XRD圖譜。[0026] 圖2為本發(fā)明為實(shí)施例1中的FeCoNiCrMn高熵合金涂層的截面SEM圖。[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中FeCoNiCrMn高熵合金涂層高倍SEM下的EDS面掃。[0028] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中FeCoNiCrMn高熵合金涂層磨痕SEM下的EDS面掃。具體實(shí)施方式[0029] 為了便于對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有創(chuàng)造性改變的前

提下所獲得的實(shí)施成果均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0030] 本發(fā)明用到的粉原料、儀器、設(shè)備等均可從市場購得或通過常規(guī)方法制備。[0031] 實(shí)施例1：[0032] 1.按照等原子比設(shè)計(jì)高熵合金成分，稱取純度高于99.9%的原始粉末，采用氣霧化方法制備球形高熵合金粉末。

[0033] 2.將氣霧化制備的高熵合金粉末過篩，選取粒徑范圍在45 84mm之間的粉末，以~

保證粉末在噴涂過程中良好的流動性，并將高熵合金粉末置于90℃下干燥2小時(shí)備用。

[0034] 3.選用304L不銹鋼作為基體，用乙醇超聲清洗基體以去除油污，并對基體進(jìn)行噴砂粗化處理，增加涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

[0035] 4.以上述制備的高熵合金粉末作為原料，通過大氣等離子噴涂設(shè)備在噴砂粗化處理后的基體表面上噴涂，獲得FeCoNiCrMn高熵合金涂層的厚度為200mm。噴涂參數(shù)為：噴涂

電流518A，噴涂電壓54，氬氣流量：40L/min，氫氣流量：6L/min，送粉率：40g/min，噴

涂距離：150mm，噴槍平移速度為200mm/s，每次向下移動3mm，重復(fù)噴涂5次。

[0036] 5.將制備好的高熵合金涂層在氮?dú)獗Ｗo(hù)850℃下熱處理4h，目的是使涂層中的合金元素發(fā)生充分?jǐn)U散，析出硬質(zhì)相，從而提高涂層的硬度。

[0037] 6.將制備得到的FeCoNiCrMn高熵合金涂層通過X射線衍射分析（XRD）相成分。結(jié)果如圖1所示，表明FeCoNiCrMn高熵合金涂層的在熱處理過程中發(fā)生了相的轉(zhuǎn)變，提高了涂

層性能。

[0038] 7.對所制備涂層的截面進(jìn)行SEM背散射觀察，可以明顯看出層間結(jié)合良好,硬質(zhì)相分布均勻，如圖2所示。再利用EDS面掃對元素分布進(jìn)行分析，從圖中可以看出各元素分布均

勻，如圖3所示。

[0039] 8.對所制備涂層進(jìn)行球盤往復(fù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，其中對摩球?yàn)橛操|(zhì)合金球、載荷10N、速度40mm/s、磨痕長度5mm、總滑動距離100m。結(jié)果表明，噴涂態(tài)FeCoNiCrMn涂層的磨

?4 3 ?5 3

損率為2.65×10 mm/N·m，熱處理后涂層的磨損率為5.13×10 mm/N·m。

[0040] 實(shí)施例2：[0041] 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟4中的氫氣流量為5L/min，噴涂距離為135m；步驟5中的熱處理溫度為800℃，熱處理時(shí)間為3h。在步驟8中，噴涂態(tài)FeCoNiCrMn

?4 3 ?5 3

涂層的磨損率為3.21×10 mm/N·m，熱處理后涂層磨損率為5.48×10 mm/N·m。

[0042] 實(shí)施例3：[0043] 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟4中的氫氣流量為4L/min，噴涂距離為145mm；步驟5中的熱處理溫度為750℃，熱處理時(shí)間為2h。在步驟8中，噴涂態(tài)FeCoNiCrMn

?4 3 ?5 3

涂層的磨損率為4.18×10 mm/N·m，熱處理后涂層磨損率為5.64×10 mm/N·m。

[0044] 實(shí)施例4：[0045] 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟4中的氫氣流量為3L/min，噴涂距離為120mm；步驟5中的熱處理溫度為800℃，熱處理時(shí)間為3h。在步驟8中，噴涂態(tài)FeCoNiCrMn

?4 3 ?5 3

涂層的磨損率為5.31×10 mm/N·m，熱處理后涂層磨損率為5.77×10 mm/N·m。