高温高熵合金表面碳化物/金刚石颗粒涂层的制备方法-科创中国●保定云

高温高熵合金表面碳化物/金刚石颗粒涂层的制备方法

成果描述

高温高熵合金表面碳化物/金刚石颗粒涂层的制备方法，属于高温高熵合金表面硬质涂层领域，其特征在于：所述基底材料通过粉末冶金和电弧熔炼得到具有高硬度、高熔点的高温高熵合金；所述高熵合金表面通过碳化工艺处理，获得高温、高硬度的碳化物涂层以及高硬度、高耐磨性及高导热率的金刚石；所制备的材料在高温真空退火炉800℃‑900℃、氩气条件下退火3 h‑10 h后随炉冷却至室温，最终在高温高熵合金表面形成碳化物/金刚石材料。通过本发明获得的材料，其特征在于具备可在900~1500℃下工作，表面硬度高于700 HV、屈服强度在最高工作温度下最高可达400 MPa的优点。

应用范围

随着工业、航空航天、机械加工等领域的不断发展，对于材料的服役温度的要求也是越来越高，并且对于能够在高温下服役的材料有着十分迫切的需求。但是目前所需的材料使用温度已经超过了传统高温合金所能承受的范畴，传统高温合金已经逐渐无法满足目前的使用需求，因此，开发具有独特高温性能的新型材料已经受到了越来越多研究人员的关注。

高熵合金是由五种及五种以上原子按照等原子比或近等原子比所组成，而高温高熵合金所选用的元素熔点均在1650℃以上，如：NbMoTaW、NbMoTaWV、HfNbTaTiZr、TiVCrZrNb在超过传统镍基高温合金的使用温度（1200℃）时，仍有比较高的屈服强度。但高温高熵合金在室温下普遍脆性大，所以在其中添加Al等元素时可改善其室温韧/塑性如：Al0.5Ti1.5V0.2ZrNbTa0.8、AlMo0.5NbTa0.5TiZr，但是在添加了这些元素后又会降低合金基体的强度。

基于高熵合金的设计思路，人们研制出了高熵碳化物陶瓷等一系列高熵材料。高熵碳化物陶瓷是在高温条件下，碳源与高熵合金反应所生成的高熵碳化物。高熵碳化物具有高熔点，高硬度，极高的热稳定性，耐腐蚀等特性，且与高熵硼化物相比，高熵碳化物拥有更高的熔点和硬度，在切削加工，高温零件，耐磨等领域有着更加广阔的应用前景。

金刚石是自然界中已知的最硬的物质，具有诸多优异的性能，其在切削刀具等领域已经有着十分广泛的应用，如果能在高熵材料表面使用金刚石，那对其表面性能（如硬度及强度）无疑是巨大的提升。

因此，在中国专利号是202110517748.9，发明名称：一种高熵合金表面碳化物/金刚石涂层及其制备方法”中，提供了一种在高熵合金表面生产金刚石的方法。但该专利中所提供的高熵合金的使用温度一般不超过1200℃。为了满足在更高温度环境下（如1200℃以上）的使用需求，基于上述专利中的方法，我们在本专利中，将高温高熵合金、高熵碳化物陶瓷及金刚石三者优点结合在一起，提出以高温高熵合金为基底合金、其表面为碳化物层、碳化物层表面为金刚石。所设计并制备的材料保证了基底的高温性能，碳化物涂层的高温、高硬度、耐蚀性等优点，以及金刚石高硬度、高导热等优点，以适应目前工业耐高温切削加工、高温耐磨等领域的需求。

本发明属于高温高熵合金表面硬质涂层领域，具体涉及一种高温高熵合金表面碳化物、金刚石颗粒涂层及其制备方法。

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