权利要求书： 1.一种FeCoNiCrMn高熵合金涂层，其特征在于，按照以下步骤制备：
1）由Fe、Co、Ni、Cr、Mn元素作为主元，按照等原子比形成合金体系，称取纯度高于99.9%的原始粉末，采用气雾化方法制备球形高熵合金粉末；
2）将气雾化制备的高熵合金粉末过筛，选取粒径范围在45 84mm之间的粉末，以保证~
粉末在喷涂过程中良好的流动性，并将高熵合金粉末置于90℃下干燥2小时备用；
3）选用304L不锈钢作为基体，用乙醇超声清洗基体以去除油污，并对基体进行喷砂粗化处理，增加涂层与基体的结合强度；
4）以上述制备的高熵合金粉末作为原料，通过大气等离子喷涂设备在喷砂粗化处理后的基体表面上喷涂，获得FeCoNiCrMn高熵合金涂层的厚度为200mm，喷涂参数为：喷涂电流
518A，喷涂电压54，氩气流量：40L/min，氢气流量：6L/min，送粉率：40g/min，喷涂距离：150mm，喷枪平移速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂5次；
5）将制备好的高熵合金涂层在氮气保护850℃下热处理4h，目的是使涂层中的合金元素发生充分扩散，析出硬质相，从而提高涂层的硬度。
2.根据权利要求1所述的一种FeCoNiCrMn高熵合金涂层，其特征在于，所述步骤4）中：基体在乙醇中超声清洗15min，喷砂时采用20号棕刚玉砂，喷砂使用的压缩空气压力为0.6MPa，置于90℃下干燥2小时后进行等离子喷涂。
说明书： 一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法技术领域[0001] 本发明公开了一种FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂层的制备方法，属于工程科学领域。
背景技术[0002] 自2004年首次被提出，高熵合金在材料界掀起很大热潮，引起了研究者的极大兴趣。高熵合金是一种由五种或五种以上元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成的
合金体系，每种元素的原子百分含量在5%?35%之间，由于该合金的多主元特性，高熵合金具
有四大效应，即热力学上的高熵效应，动力学上的迟滞扩散效应，结构上的晶格畸变效应与
性能上的“鸡尾酒”效应，使高熵合金在性能上具有高硬度、高韧性、高耐磨性和耐腐蚀性能
等传统合金不能同时具有的优异性。
[0003] 目前对于高熵合金主要采用熔炼的方法制备的块体合金，CN108103381A提出采用高能球磨制备高熵合金粉末，通过放电等离子烧结制备FeCoNiCrMn块状合金，高熵合金组
成元素均是价格相对较高的金属元素，由于制备块状合金成本高从而阻碍了其在工业上的
广泛应用，采用等离子喷涂工艺制备FeCoNiCrMn高熵合金涂层，可在大幅度降低经济成本
的优势下，在工件表面形成特殊功能的涂层。CN106319513A提出在FeNiAlCrCo高熵合金涂
层制备中添加B元素，从而使涂层粒径减小，提高涂层硬度；CN108103494A提出采用激光熔
覆工艺，在45钢基体上制备了FeCoCrxNiB(x表示Cr元素的摩尔比)高熵合金涂层，并探究最
佳Cr元素含量。以上专利主要研究单个元素对合金体系性能的影响，而高熵合金粉末由多
种单质金属粉合金化而成，在涂层制备过程中因各金属的熔点不一，往往会使高熵合金涂
层产生孔隙、裂纹及不均匀等缺点，在等离子喷涂过程中，氢气流量对于等离子体温度起到
决定性作用，氢气流量越大，喷枪产生的等离子体温度越高。高熵合金粉末采取气雾化制备
而成，使得粉末具有良好的球形度，在喷涂过程中保证粉末的良好流动性；FeCoNiCrMn高熵
合金系统中最大的原子半径差为1.3%，研究表明，当合金体系中最大原子半径差小于12%，
合金体系的焓值将在?40~10kJ/mol之间，根据吉布斯自由能公式Gmix=Hmix?TSmix可知，合金
体系中元素种类增加，会导致合金体系的混合熵大于金属间脆性化合物的熵值，从而抑制
金属间化合物出现，促进合金形成具有单一相的简单固溶体结构；由于高熵合金具有扩散
迟滞效应，在过饱和的固溶体中，易析出硬质相，从而起到弥散强化作用，并且析出的硬质
相在涂层摩擦过程中易形成氧化保护釉层，从而显著提高涂层的摩擦性能。
发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂层的制备方法，利用气雾化的方法制备FeCoNiCrMn球形高熵合金粉末，采用大气等离子喷涂工艺在不锈钢基体表面制
备耐磨涂层。通过调整喷涂参数，实现对涂层微观形貌的最大程度优化，得到涂层耐磨性能
最佳的喷涂参数。本发明制备的FeCoNiCrMn高熵合金涂层层间结合良好，组织致密，耐磨性
能极佳。
[0005] 为此本发明采用的技术方案是：一种FeCoNiCrMn高熵合金，由Fe、Co、Ni、Cr、Mn元素作为主元，按照等原子比或近等原子比形成所述的合金体系。
[0006] 所述的FeCoNiCrMn高熵合金，按照以下步骤进行制备：[0007] （1）按照等原子比设计高熵合金成分，称取纯度高于99.9%的原始粉末，将粉末置于气雾化制粉设备的感应坩埚中，以氩气作为保护气体进行熔炼，将充分熔炼的合金溶液
在8MPa高压氩气气流冲击下雾化形成高熵合金粉末；
[0008] （2）将气雾化制备的高熵合金粉末过筛，选取粒径在45 84mm之间的粉末，并将高~
熵合金粉末进行干燥。
[0009] 所述1）步骤中，量取的原始Fe、Co、Ni、Cr、Mn粉末纯度均高于99.9%。[0010] 所述2）步骤中，将高熵合金粉末置于90℃下干燥2小时。[0011] 一种FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂层的制备方法，将FeCoNiCrMn高熵合金粉末喷涂在基体表面上。
[0012] 一种FeCoNiCrMn高熵合金耐磨涂层的制备方法，按照以下步骤进行制备：[0013] （1）选用基体，并对其表面进行处理；[0014] （2）将制备的高熵合金粉末作为原料，采用不同喷涂参数，在处理后的基体表面上进行等离子喷涂，获得FeCoNiCrMn高熵合金涂层；
[0015] （5）对制备的高熵合金涂层进行热处理，获得硬度更高的FeCoNiCrMn高熵合金涂层。
[0016] 所述1）步骤中：基体在乙醇中超声清洗15min，喷砂时采用20号棕刚玉砂，喷砂使用的压缩空气压力为0.6MPa，置于90℃下干燥2小时后进行等离子喷涂。
[0017] 所述2）步骤中：等离子喷涂参数为：喷涂电流518A，喷涂电压54，氩气流量：40L/min，氢气流量：3?6L/min，送粉率：40g/min，喷涂距离：120?150mm，喷枪平移速度为
200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂5次。
[0018] 所述3）步骤中：热处理温度为800±50℃，时间为2?5h，保护气氛为氮气。[0019] 与现有技术相比，本发明的优点和效果在于：[0020] 1）在本发明中，高熵合金由于其特殊的晶体结构而具有的高熵效应，大幅度提高了合金体系和金属化合物的溶解性，提高合金与金属化合物的结合力。
[0021] 2）在本发明中，采用等离子喷涂技术制备高熵合金涂层，通过改变H2流量以控制焰流温度，使得高熵合金粉末在沉积过程中充分融化，增强扁平化颗粒之间界面结构，降低
涂层的孔隙率并抑制裂纹的生成，得到FeCoNiCrMn高熵合金涂层法的最佳喷涂参数。
[0022] 3）在本发明中，高熵合金涂层经过热处理后不发生相变，保持稳定的Fcc相；由于高熵合金具有扩散迟滞效应，在过饱和的固溶体中，易析出硬质相并起到弥散强化作用，并
且析出的硬质相在涂层摩擦过程中易形成氧化保护釉层，从而显著提高涂层的摩擦性能。
[0023] 4)本发明提出采用大气等离子喷涂技术成本较低，适合应用于工业化生产，制备的FeCoNiCrMn高熵合金涂层具有高硬度、耐磨性等特点，经过后续热处理强化，涂层的硬度
和耐磨性又有了大幅的提高。
[0024] 本发明高熵合金由于其特殊的晶体结构而具有的高熵效应，大幅度提高了合金体系和金属化合物的溶解性，提高合金与金属化合物的结合力，在本发明中，高熵合金涂层成
分设计时，合金系统中最大的原子半径差为1.3%，有利于单一相的形成；采取气雾化制备高
熵合金粉末，得到的粉末球形度好，在喷涂过程中保证粉末的良好流动性；由于高熵合金具
有扩散迟滞效应，在过饱和的固溶体中，易析出硬质相，从而起到弥散强化作用。根据喷涂
温度的不同，硬质相析出数量不同，喷涂中氢气流量决定等离子焰流温度，氢气流量越大，
焰流温度越高，相比与氢气流量为3L/min的涂层，氢气流量为6L/min的高熵合金涂层具
有较高的硬度和优异的耐磨性。
附图说明[0025] 图1为本发明实施例1热喷涂FeCoNiCrMn高熵合金涂层的XRD图谱。[0026] 图2为本发明为实施例1中的FeCoNiCrMn高熵合金涂层的截面SEM图。[0027] 图3为本发明实施例1中FeCoNiCrMn高熵合金涂层高倍SEM下的EDS面扫。[0028] 图4为本发明实施例1中FeCoNiCrMn高熵合金涂层磨痕SEM下的EDS面扫。具体实施方式[0029] 为了便于对本发明的理解，下面结合附图和具体实例对本发明进一步描述，但本发明的实施方式不限于此，基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有创造性改变的前
提下所获得的实施成果均属于本发明保护的范围。
[0030] 本发明用到的粉原料、仪器、设备等均可从市场购得或通过常规方法制备。[0031] 实施例1：[0032] 1.按照等原子比设计高熵合金成分，称取纯度高于99.9%的原始粉末，采用气雾化方法制备球形高熵合金粉末。
[0033] 2.将气雾化制备的高熵合金粉末过筛，选取粒径范围在45 84mm之间的粉末，以~
保证粉末在喷涂过程中良好的流动性，并将高熵合金粉末置于90℃下干燥2小时备用。
[0034] 3.选用304L不锈钢作为基体，用乙醇超声清洗基体以去除油污，并对基体进行喷砂粗化处理，增加涂层与基体的结合强度。
[0035] 4.以上述制备的高熵合金粉末作为原料，通过大气等离子喷涂设备在喷砂粗化处理后的基体表面上喷涂，获得FeCoNiCrMn高熵合金涂层的厚度为200mm。喷涂参数为：喷涂
电流518A，喷涂电压54，氩气流量：40L/min，氢气流量：6L/min，送粉率：40g/min，喷
涂距离：150mm，喷枪平移速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂5次。
[0036] 5.将制备好的高熵合金涂层在氮气保护850℃下热处理4h，目的是使涂层中的合金元素发生充分扩散，析出硬质相，从而提高涂层的硬度。
[0037] 6.将制备得到的FeCoNiCrMn高熵合金涂层通过X射线衍射分析（XRD）相成分。结果如图1所示，表明FeCoNiCrMn高熵合金涂层的在热处理过程中发生了相的转变，提高了涂
层性能。
[0038] 7.对所制备涂层的截面进行SEM背散射观察，可以明显看出层间结合良好,硬质相分布均匀，如图2所示。再利用EDS面扫对元素分布进行分析，从图中可以看出各元素分布均
匀，如图3所示。
[0039] 8.对所制备涂层进行球盘往复摩擦磨损实验，其中对摩球为硬质合金球、载荷10N、速度40mm/s、磨痕长度5mm、总滑动距离100m。结果表明，喷涂态FeCoNiCrMn涂层的磨
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损率为2.65×10 mm/N·m，热处理后涂层的磨损率为5.13×10 mm/N·m。
[0040] 实施例2：[0041] 本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤4中的氢气流量为5L/min，喷涂距离为135m；步骤5中的热处理温度为800℃，热处理时间为3h。在步骤8中，喷涂态FeCoNiCrMn
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涂层的磨损率为3.21×10 mm/N·m，热处理后涂层磨损率为5.48×10 mm/N·m。
[0042] 实施例3：[0043] 本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤4中的氢气流量为4L/min，喷涂距离为145mm；步骤5中的热处理温度为750℃，热处理时间为2h。在步骤8中，喷涂态FeCoNiCrMn
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涂层的磨损率为4.18×10 mm/N·m，热处理后涂层磨损率为5.64×10 mm/N·m。
[0044] 实施例4：[0045] 本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤4中的氢气流量为3L/min，喷涂距离为120mm；步骤5中的热处理温度为800℃，热处理时间为3h。在步骤8中，喷涂态FeCoNiCrMn
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涂层的磨损率为5.31×10 mm/N·m，热处理后涂层磨损率为5.77×10 mm/N·m。
声明：
“FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：扬州睿德石油机械有限公司
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