本發明涉及金屬表面工程與激光增材制造領域，具體涉及一種ti6al4v基體表面耐磨耐蝕難熔高熵合金涂層及其激光熔覆制備方法，適用于航空航天、海洋工程及高端機械制造等對材料表面性能要求嚴苛的領域。

背景技術：

1、ti6al4v（tc4）鈦合金作為一種典型的α+β型鈦合金，憑借其輕質、高比強度、優良的耐腐蝕性及生物相容性等突出優勢，在航空航天發動機葉片、海洋工程裝備零部件、高端機械制造核心構件等領域得到了廣泛應用。然而，ti6al4v基體自身存在固有的性能短板：其顯微硬度僅約350hv，耐磨性能不足，在摩擦磨損工況下極易發生表面劃傷、磨損剝落等失效現象；同時，在海洋等強腐蝕性環境中服役時，雖然其本身具有一定的耐蝕性，但長期處于復雜腐蝕介質中仍存在局部腐蝕失效的風險，這些問題嚴重限制了ti6al4v鈦合金在嚴苛工況下的使用壽命和應用范圍。

2、為解決ti6al4v基體表面性能不足的問題，表面強化技術成為關鍵研究方向。激光熔覆技術作為一種先進的表面改性技術，具有涂層與基體形成冶金結合、結合強度高、微觀結構致密、涂層成分可控性強等顯著優勢，已成為鈦合金表面強化的主流技術之一。

3、難熔高熵合金因由多種高熔點金屬元素組成，具有高硬度、高耐磨性、優異的高溫穩定性及耐腐蝕性能等特點，成為激光熔覆涂層的理想材料選擇。tizrhfnbta系難熔高熵合金作為典型的難熔高熵合金體系，已被嘗試用于ti6al4v基體的表面強化，但其在實際應用中仍存在諸多問題：一是硬度提升有限，難以滿足嚴苛工況對高硬度表面的需求；二是耐磨性能不足，磨損率較高，無法實現長期穩定服役；三是元素配比優化不明確，特別是mo元素的添加量缺乏系統深入的研究。

4、具體而言，mo元素作為一種重要的合金化元素，其添加量對tizrhfnbta系難熔高熵合金涂層的性能影響顯著：當mo元素添加過少（如無mo添加）時，無法產生足夠的晶格畸變效應，固溶強化作用微弱，導致涂層的硬度和耐磨性能提升不明顯；當mo元素添加過多時，在高溫熔覆及后續服役過程中，過量的mo易與氧結合生成moo2等保護性較弱的氧化物，這類氧化物結構疏松，無法形成致密的氧化膜，導致涂層在摩擦過程中易發生氧化膜剝落，不僅降低了涂層的耐磨穩定性，還會進一步影響其耐腐蝕性能。因此，亟需開發一種能夠通過精準調控mo元素含量，實現涂層硬度、耐磨性及耐蝕性協同提升的ti6al4v基體表面耐磨耐蝕難熔高熵合金涂層的激光熔覆制備方法。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有tizrhfnbta系難熔高熵合金涂層存在的硬度不足、耐磨性能差、元素配比不合理等缺陷，提供一種ti6al4v基體表面耐磨耐蝕難熔高熵合金涂層的激光熔覆制備方法。通過精準優化(zrhfnbta)mox體系中mo元素的摩爾份數范圍，結合特定的粉末預處理工藝、致密預置層制備工藝及激光熔覆工藝參數，利用激光熔覆原位反應，在ti6al4v基體表面構建出具有bcc+hcp雙固溶體層片狀結構及界面孿晶結構的高性能難熔高熵合金涂層，實現涂層硬度、耐磨性與耐蝕性的協同優化，顯著提升ti6al4v基體在嚴苛工況下的服役性能和使用壽命。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、一種ti6al4v基體表面耐磨耐蝕難熔高熵合金涂層的激光熔覆制備方法，包括以下步驟：

4、(1)粉末預處理：選取純度≥99.9wt.%的zr、hf、nb、ta、mo粉末作為原料；按化學式(zrhfnbta)mox進行配比稱量，其中zr、hf、nb、ta四種元素的摩爾比為1:1:1:1，x為mo元素相對于zr、hf、nb、ta任一元素的摩爾份數，且0.2≤x≤1.0；將稱量后的粉末依次進行篩分、清洗、球磨混合，得到均勻度>95%的混合粉末；

5、(2)致密預置層制備：對ti6al4v基體表面進行打磨和清洗；使用粘結劑將步驟(1)制備的混合粉末預置于基體表面，經干燥處理后，制備成密度>90%的致密預置層；

6、(3)激光熔覆：采用激光熔覆工藝，在惰性氣體氬氣保護下對預置層進行熔覆，通過熔池熔煉使基體中的ti元素擴散進入涂層，原位合成含mo的tizrhfnbtamo難熔高熵合金涂層；所述難熔高熵合金涂層主要由bcc固溶體相和hcp固溶體相組成，微觀組織呈現層片狀結構，且在涂層與基體界面處形成孿晶結構，涂層的顯微硬度≥650hv。

7、進一步，步驟(1)中，所述mo元素的摩爾份數x的優選范圍為0.5≤x≤0.8，最優選為x=0.75。

8、進一步，步驟(1)中，所述篩分操作具體為去除粒徑>150μm和<1μm的顆粒；所述清洗為乙醇超聲清洗，清洗時間為15-25分鐘；所述球磨混合在氬氣保護下進行，球磨參數為：轉速200-400rpm，球磨時間10-14小時。

9、進一步，步驟(2)中，所述粘結劑為質量分數3-5%的聚乙烯醇水溶液；所述干燥處理的條件為：干燥溫度70-90℃，干燥時間0.5-2小時；所述預置層的厚度控制在0.6-1.0mm。

10、進一步，步驟(2)中，所述混合粉末通過壓制方式預置于基體表面，壓制壓力為25-35mpa，保壓時間為2-4分鐘。

11、進一步，步驟(3)中，所述激光熔覆的工藝參數具體為：激光功率2.5-3.5kw，掃描速度4-6mm/s，離焦量+10~+20mm，光斑直徑5-7mm。

12、進一步，所述激光熔覆采用光纖激光系統，激光束為連續波激光。

13、進一步，步驟(3)中，氬氣的保護流量為10-20l/min，確保熔覆過程中熔池及涂層不被氧化。

14、進一步，一種通過上述制備方法得到的ti6al4v基體表面耐磨耐蝕難熔高熵合金涂層，所述涂層的顯微硬度為650-760hv，在干摩擦環境下的摩擦系數較ti6al4v基體降低25%以上，在3.5wt.%nacl溶液中的腐蝕電位≥-0.35v。

15、進一步，當mo元素的摩爾份數x=0.75時，涂層的顯微硬度達到718-720hv，干摩擦環境下摩擦系數較ti6al4v基體降低35%，在3.5wt.%nacl溶液中的腐蝕電位為-0.289v左右。

16、與現有技術相比，本發明具有以下顯著有益效果：

17、通過mo元素的精準調控，結合優化的制備工藝，成功在ti6al4v基體表面構建出bcc+hcp雙固溶體層片狀結構及界面孿晶結構。層片狀結構顯著細化了涂層晶粒，增加了晶界密度，阻礙位錯滑移；界面孿晶結構能夠有效緩解激光熔覆過程中產生的殘余應力，避免涂層出現裂紋等缺陷，同時提高涂層的結構穩定性。與傳統tizrhfnbta系涂層相比，本發明涂層的微觀結構更均勻、致密，為性能提升奠定了堅實的結構基礎。

18、硬度大幅提升，強化機制協同高效本發明涂層通過晶格畸變強化、固溶強化及細晶強化的協同作用，硬度得到大幅提升。mo元素的適量添加引發顯著的晶格畸變，使晶體結構產生畸變應力場，阻礙位錯運動；mo元素固溶于bcc和hcp固溶體中，形成固溶強化效應；層片狀結構和孿晶結構細化晶粒，產生細晶強化效果。三者協同作用下，涂層顯微硬度≥650hv，較ti6al4v基體（約350hv）提升超85%，當x=0.75時，硬度達到718.24hv，較基體提升103.7%，遠高于現有tizrhfnbta系涂層的硬度水平。

19、本發明涂層的層片狀結構和孿晶結構能夠提高涂層的抗磨損能力，減少摩擦過程中的材料損失；同時，高硬度的涂層表面能夠有效抵抗磨粒的切削和犁溝作用，降低磨損率。在干摩擦環境下，涂層的平均摩擦系數較ti6al4v基體降低25%以上，其中x=0.75時摩擦系數降低35%，磨損機制為溫和的粘著磨損和氧化磨損，無明顯的剝落現象。

20、在耐蝕性方面，涂層形成的bcc+hcp雙固溶體結構具有良好的化學穩定性，同時在服役過程中能夠形成致密穩定的復合氧化膜，有效阻擋腐蝕介質的侵入。在3.5wt.%nacl溶液中，涂層的腐蝕電位≥-0.35v，x=0.75時腐蝕電位達到-0.289v，較ti6al4v基體和無mo添加的涂層具有更優異的耐腐蝕性能，能夠有效抵抗海洋等腐蝕性環境的侵蝕。

21、制備工藝穩定可靠，適用性強本發明的制備方法流程清晰，各工藝參數經過系統優化，具有良好的重復性和穩定性。粉末預處理工藝能夠保證原料質量，致密預置層制備工藝提高了涂層與基體的結合質量，激光熔覆工藝參數窗口合理，易于工業化推廣。該方法適用于航空航天、海洋工程、高端機械制造等領域的ti6al4v基體零部件表面強化，能夠根據不同工況需求，通過調整mo元素含量（在0.2≤x≤1.0范圍內）優化涂層性能，具有廣泛的適用性。

22、成分設計科學合理，解決現有技術痛點本發明通過系統研究mo元素添加量對涂層性能的影響，明確了mo元素的最佳摩爾份數范圍（0.2≤x≤1.0，優選0.5≤x≤0.8，最優選x=0.75），解決了現有tizrhfnbta系涂層中mo元素添加量不明確的問題。既避免了mo元素添加過少導致的硬度和耐磨性不足，又克服了mo元素添加過多導致的氧化膜剝落、耐磨穩定性和耐蝕性下降的缺陷，實現了涂層硬度、耐磨性與耐蝕性的最佳平衡，為難熔高熵合金涂層的成分優化提供了科學依據。

23、為更清楚地闡述本發明的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本發明進行詳細說明。