本发明涉及一种难熔高熵合金粉末、难熔高熵合金涂层，属于高熵合金。
背景技术：
1、高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢，高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷、热模具等。
2、根据材料成分的不同，高速钢(hss)除了钨系高速钢、高钼系高速钢、钒系高速钢和钴系高速钢之外，还有钨钼系高速钢(tungsten molybdenum high-speed steel)。钨钼系高速钢由钨(w)、钼(mo)、铬(cr)、钴(co)、钒(v)等金属元素组成，与钨系高速钢以及高钼系高速钢的主要区别在于钨元素和钼元素的含量，钨钼系高速钢中钨含量为5～12％，钼含量为2～6％。这使得钨钼系高速钢兼有钨系高速钢和钼系高速钢的优点，既有较高红硬性和耐磨性，较小的脱碳倾向与过热敏感性，同时碳化物较细、分布较均匀，热塑性及韧性较高，机械加工性好，使用寿命长。诸多优点使得钨钼系高速钢在切削刀具、挤压模具、电力设备等领域到了广泛的应用。然而由于制造业生产任务重、机器设备作业节奏快，应用于这些领域的钨钼系高速钢零件长期频繁使用，容易产生磨损，影响零部件的强度、硬度及设备运行安全，因此钨钼系高速钢零部件需要具有良好的耐磨性才能满足使用需求。不仅如此，由于切削刀具高速切削时，与加工部件接触部位快速升温，温度可达到600℃以上；而用于制造热作模具时，模具腔体内的温度也高达600℃以上，应用于切削刀具以及挤压模具时，钨钼系高速钢零部件还需要耐受较高的工作温度。
3、高熵合金主要是通过较高的混合熵来获得简单固溶体相，进而获得综合性能优异的金属材料，并衍生出微观组织稳定性和缓慢扩散等独特性能。以ti、v、nb、cr、w、zr等难熔金属作为主元素组成的难熔高熵合金不仅耐磨性好，而且具有较高的使用温度。现有技术常通过在零部件表面制备难熔高熵合金涂层来改善零部件在服役过程中表面的性能，如申请公布号为cn114032544a、申请公布日为2022年02月11日的中国发明专利申请公开了一种难熔高熵合金涂层，该难熔高熵合金涂层由下述原料制备而成：ti：4～20％、zr：20％、mo：20％、nb：20％、cr：20％；该难熔高熵合金涂层能够综合改善钛合金的高温服役性能，提升其表面的强度、以及其耐高温性、抗氧化性。但在钨钼系高速刚基体上进行熔覆会出现因熔覆粉末所含元素与基材所含元素熔点差异大，热膨胀系数不匹配，最终导致熔覆层的质量无法得到保证，对零部件的防护性差等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种难熔高熵合金粉末，以解决现有难熔高熵合金涂层与钨钼系高速钢的热膨胀系数不匹配，防护性能差的问题。
2、本发明还提供了一种难熔高熵合金涂层，以解决现有难熔高熵合金涂层与钨钼系高速钢的结合能力差的问题。
3、为了实现以上目的，本发明的难熔高熵合金粉末所采用的技术方案是：
4、一种难熔高熵合金粉末，由金属元素ti、cr、mo、nb和a组成，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25～0.7，金属元素a为v或al。
5、本发明的难熔高熵合金粉末，对现有难熔高熵合金粉末进行改进，以钛(ti)、铬(cr)、钼(mo)、铌(nb)等难熔金属以及铝(al)或难熔金属钒(v)作为主元素，使其制备的难熔高熵合金涂层耐磨性能、抗高温软化性能优异，尤其是作为钨钼系高速钢难熔高熵合金涂层用难熔高熵合金粉末时，由于钨钼系高速钢中含有w、mo、cr、v等高熔点合金元素，形成的难熔高熵合金涂层与钨钼系高速钢具有较小的热膨胀系数差异，这使得以钨钼系高速钢作为基体制得的熔覆层组织均匀，没有明显裂纹孔洞等缺陷，与钨钼系高速钢的结合强度可达300mpa。
6、采用本发明的难熔高熵合金粉末对钨钼系高速钢进行表面防护能够提高钨钼系高速钢类零部件的循环使用率，减少钨钼等稀缺资源的浪费，并降低钨钼系高速钢零部件制造和后期维护成本。
7、进一步地，所述金属元素a为金属元素v时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.3:0.5～0.7。金属元素a为v元素时，难溶高熵合金粉末中的nb、v均为强碳化物形成元素，在合金元素没有碳的情况下，nb、v元素以原子状态溶进固溶体，但是nb含量过高会导致熔覆层脆性增大，因此控制nb的量在上述范围；v是高熔点难熔金属，可以优化材料的综合性能，细化枝晶区；并且v的原子半径相比其他元素的大，v原子的加入使得晶体发生较大的晶格畸变，增大了位错运动的阻力，使得合金硬度得到一定的提高。
8、进一步地，所述金属元素a为金属元素al时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25。al元素可以促进硬度较高的bcc相的形成，进而引起晶格畸变，使合金的硬度得到提高，并使蠕变位移和蠕变应变速率减小，进而使合金的热稳定性得到增强；同时磨损量随硬度的提高而减小，其中摩擦机制从脱层磨损转变为氧化磨损，使得熔覆层的耐磨性能有很大的提高。
9、进一步地，所述的难熔高熵合金粉末由ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉混合得到；所述ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉的平均粒径均为135～280目。采用该粒径的金属粉末进行激光熔覆有利于送粉系统的通畅，不会因为粒径过小黏度过大而导致熔覆层连续性差，同时不会因为粒径过大导致熔覆喷头堵塞。例如，通过机械合金化法将ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉研磨混合成难熔高熵合金粉末。
10、本发明的难熔高熵合金涂层所采用的技术方案为：
11、一种难熔高熵合金涂层由金属元素ti、cr、mo、nb和a组成，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25～0.7，金属元素a为v或al。
12、本发明的难熔高熵合金涂层，具有较高耐磨性能和耐高温软化性能，尤其是作为钨钼系高速钢难熔高熵合金涂层时，与钨钼系高速钢具有较小的热膨胀系数差异，与钨钼系高速钢具有更好的冶金结合，可以解决钨钼系高速钢零部件在服役过程中表面的磨损及高温失效等问题，并提高钨钼系高速钢零部件的循环使用率。
13、进一步地，所述金属元素a为金属元素v时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.3:0.5～0.7。
14、进一步地，所述金属元素a为金属元素al时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25。
15、进一步地，所述难熔高熵合金涂层的厚度为0.8～1mm。厚度在上述范围的难熔高熵合金涂层的能够降低热输入过多带来的较大基材变形风险；能够保持较小的稀释率，最大程度保证熔覆层合金性能的效果；能够保证熔覆层质量高，裂纹、孔洞等缺陷降低。
16、进一步地，所述难熔高熵合金涂层采用激光熔覆法在金属基体表面进行熔覆形成。所述金属基体为钨钼系高速钢或碳素钢。激光熔覆技术不但具有绿色、节能、省材等优势，而且激光熔覆难熔高熵合金涂层的厚度均匀、孔隙率低、对于异形零部件的可达性良好，可以提高钨钼系高速钢的硬度、强度、耐磨性和高温性能。例如所述钨钼系高速钢为w6mo5cr4v2合金、mo8cr4v2合金、w9cr4v合金、w2mo8cr4v合金、w18cr4v合金中的一种。更进一步地，所述激光熔覆法的激光功率选择1850～2100w，扫描速度15～18mm/s，光斑直径3～5mm，保护气体的流量为20～25l/min，相邻两道熔覆层的搭接率为35～50％，控制熔覆层厚度为0.8～1mm。例如，所述激光熔覆法的激光功率选择1900～2100w。所述保护气体优选为氩气。氩气的纯度99.99％。控制激光熔覆技术的各参数在上述范围能够保证熔覆层的组织均匀性高、内部缺陷(裂纹、孔洞、夹渣等)少，并使厚度满足使用需求，同时还可以提高熔覆层的硬度、耐磨性和高温性能。采用绿色技术激光熔覆进行表面防护能够提高钨钼系高速钢类零部件的循环使用率，减少钨钼等稀缺资源的浪费。
17、进一步地，所述激光熔覆采用的熔覆材料是由ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉混合得到粉体；所述ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉的平均粒径均为135～280目。采用该熔覆材料在钨钼系高速钢表面进行激光熔覆形成的难熔高熵合金涂层的硬度在890hv0.5以上，常温下的摩擦系数在0.46以下，高温(800℃)下的摩擦系数在0.35以下，结合强度在280mpa以上，涂层在800℃下的氧化增重在15.2mg/cm2以下，平均氧化增重速率是在0.33mg/cm2·h以下，难熔高熵合金涂层的各项高温性能表现优异。
1.一种难熔高熵合金粉末，其特征在于：由金属元素ti、cr、mo、nb和a组成，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25～0.7，金属元素a为v或al。
2.根据权利要求1所述的难熔高熵合金粉末，其特征在于：所述金属元素a为金属元素v时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.3:0.5～0.7。
3.根据权利要求1所述的难熔高熵合金粉末，其特征在于：所述金属元素a为金属元素al时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的难熔高熵合金粉末，其特征在于：由ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉混合得到；所述ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉的平均粒径均为135～280目。
5.一种难熔高熵合金涂层，其特征在于：由金属元素ti、cr、mo、nb和a组成，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25～0.7，金属元素a为v或al。
6.根据权利要求5所述的难熔高熵合金涂层，其特征在于：所述金属元素a为金属元素v时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.3:0.5～0.7。
7.根据权利要求5所述的难熔高熵合金涂层，其特征在于：所述金属元素a为金属元素al时，金属元素ti、cr、mo、nb和a的摩尔比为1:1:1:0.2～0.4:0.25。
8.根据权利要求5所述的难熔高熵合金涂层，其特征在于：所述难熔高熵合金涂层的厚度为0.8～1mm。
9.根据权利要求5～8中任意一项所述的难熔高熵合金涂层，其特征在于：所述难熔高熵合金涂层采用激光熔覆法在金属基体表面进行熔覆形成；所述金属基体为钨钼系高速钢或碳素钢；所述激光熔覆法的激光功率选择1850～2100w，扫描速度15～18mm/s，光斑直径3～5mm，保护气体的流量为20～25l/min，相邻两道熔覆层的搭接率为35～50％，控制熔覆层厚度为0.8～1mm。
10.根据权利要求9所述的难熔高熵合金涂层，其特征在于：所述激光熔覆采用的熔覆材料是由ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉混合得到粉体；所述ti金属粉、cr金属粉、mo金属粉、nb金属粉和a金属粉的平均粒径均为135～280目。
