TiC增强高熵合金复合涂层的显微组织与摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金涂层和AlCoCrFeNi-TiC复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)表征了两种涂层的相结构和显微组织,采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能,研究了 TiC对AlCoCrFeNi高熵合金涂...     

不同载荷对HVOF 喷涂AlCoCrFeNi 高熵合金涂层摩擦学性能的影响

目的 提高深地钻探钻具关键零部件的抗磨性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪对高熵合金粉末和涂层的相组成进行研究,采用扫描电子显微镜对高熵合金粉末及涂层的微观结构进行分析,使用维氏显微硬度计测得涂层的显微硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷下的磨损行为进行研究。采用SEM和EDS对磨痕表面进行分析,采用XPS技术分析磨痕元素成分,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨损体积和表面粗糙度。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层结构致密,相结构为BCC相,显微硬度达(536±34)HV0.2,约为35CrMo钢基体[(278±20)HV0.2]的2倍。随着载荷的增加,涂层的摩擦系数减小、磨损率增大。相同载荷下(6 N),涂层的磨损率约为基体的41%。HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层的磨损失效机制为,低载荷下(2 N)主要为氧化磨损伴随着轻微的磨粒磨损;高载荷下(4、6 N)受到反复剪切应力出现疲劳磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有良好的抗磨性能,可以有效减轻磨损,有望应用于深地钻探钻具关键零部件的表面防护。     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

WC颗粒对激光熔覆高熵合金SiFeCoCrTi涂层的组织及性能的影响

采用激光熔覆技术,在Q235钢基体上制备了高熵合金SiFeCoCrTi涂层,并研究了WC颗粒对高熵合金涂层的组织及性能的影响。通过OM,XRD,SEM,硬度试验,磨损试验等手段探究了高熵合金涂层的微观形貌,相结构,硬度及磨损性能。结果表明,高熵合金SiFeCoCrTi涂层组织为胞状树枝晶,主要由bcc相和金属间化合物构成。添加WC后,涂层中形成了致密细小的枝状晶,而且形成了大量的金属间化合物,如TiCo_3、Co_(1.07)Fe_(18.93)。同时WC添加使得基材的稀释率降低,涂层的性能明显提高,其涂层平均硬度提升23%,涂层摩擦系数和磨损率都明显减小,耐磨性能显著提高。     

TiC对激光熔覆TiC-Ti-Al涂层结构与性能的影响

为了研究Ti C对激光熔覆涂层结构与性能的影响,运用激光熔覆技术在Ti Al合金表面制备Ti-Al-Ti C涂层,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、XRD、显微硬度计、摩擦磨损试验机对所制备涂层的显微组织、物相及成分、显微硬度和摩擦磨损性能等进行了测试。结果表明:在含有20%微米级Ti C的激光熔覆层(A涂层)内,增强相Ti C生长较为发达,整体呈树枝状形态,枝晶生长方向较为杂乱,熔覆质量较差;而在含有10%纳米级Ti C的激光熔覆层(B涂层)内,增强相Ti C的形貌为颗粒状和长条状,在熔覆层内分布较均匀,生长方向较规律;在含有20%纳米级Ti C的激光熔覆层(C涂层)内,增强相Ti C的形貌主要为颗粒状和细杆状,熔覆层内组织生长发达,致密,熔覆质量较好。添加纳米级Ti C的涂层在显微硬度和耐磨性上优于添加微米级Ti C的涂层,涂层中纳米Ti C含量由10%上升到20%时,涂层显微硬度和耐磨性均有明显提高。     

激光熔化沉积CoCrNiNbW高熵合金耐磨及腐蚀性研究

目的 解决Q235钢材料在实际应用中由于磨损、腐蚀导致使用寿命缩短问题,提升Q235钢表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。方法 利用激光熔化沉积技术在Q235钢表面制备无裂纹CoCrNiNbW高熵合金涂层。采用扫描电子显微镜、X射线光谱仪、光学显微镜表征其微观组织结构、元素分布和物相成分;采用显微硬度计、试块-试环摩擦磨损试验机分别测试高熵合金涂层和Q235钢的显微硬度和耐磨性能,研究涂层的强化机制和磨损机理;采用电化学工作站测试分析高熵合金涂层和Q235钢的电化学腐蚀行为,研究涂层的耐蚀性和腐蚀机制。结果 CoCrNiNbW高熵合金涂层的微观组织主要由等轴晶组成,涂层中部和底部存在未熔化Nb和W颗粒,起强化相作用;主要物相由富含Co、Ni的FCC相及富含Nb的BCC相组成;高熵合金涂层的平均显微硬度为800HV0.2,约为基材的4倍;涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,磨损率为2.315´ 10^–5 g.m^–1,约为基材的1/5;在质量分数3.5%的NaCl溶液中,高熵合金涂层具有更好的耐腐蚀性,腐蚀电阻约为基材的8倍。结论 高熵合金涂层的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性较Q235钢基材有很大提升。     

等离子活化烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层及其磨损与腐蚀性能

目的 利用高熵合金涂层耐磨性能和耐腐蚀性能俱佳的特点,在进一步提升304不锈钢耐腐蚀性能的基础上,改善304不锈钢基体的耐磨性。方法 在304奥氏体不锈钢基体表面利用等离子活化烧结技术快速制备出AlCoCrFeNi高熵合金涂层;利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等设备分析涂层的组织形貌、元素分布及物相结构;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、电化学工作站等设备测试涂层与基体的硬度分布、磨损特性及电化学腐蚀特性。结果 在保温温度1 000℃、压力70 MPa、保温时间10 min的制备条件下,涂层与基体间界面冶金结合良好,结合处并未发现孔洞和裂纹等缺陷;随着烧结温度的升高,涂层内部气孔逐渐减少,涂层主要由网状的FCC相和分布于其间的BCC相+B2相组成;与304不锈钢基体相比,涂层的硬度显著增大,在相同载荷(20 N)下涂层的平均摩擦系数降低(0.138),与基体磨损表面严重的黏着和剥落不同,涂层磨面无明显的黏着和剥落现象,仅有少量犁沟出现;点蚀是涂层和基体在质量分数为3.5%的Na Cl溶液和模拟海水中的主要腐蚀形式,相较于基体,涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液和模拟海水中的自腐蚀...     

超声滚压强化对CoCrFeMnNiM(M=Ti,Mo)高熵合金激光熔覆层耐磨性的影响EI北大核心CSCD

CoCrFeMnNi高熵合金较低的硬度和较差的耐磨损性能限制了其在表面工程领域的应用。利用激光熔覆技术制备强化的CoCrFeMnNiM(M=Ti,Mo)高熵合金熔覆层,并通过超声表面滚压(USRE)技术强化熔覆层表面。采用XRD、FSEM、EDS、AFM、显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究USRE处理对高熵合金激光熔覆层的微观组织、表面形貌、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明:CoCrFeMnNiTi高熵合金激光熔覆层由面心立方(FCC)结构的固溶体相和TiC原位析出相组成,CoCrFeMnNiMo高熵合金激光熔覆层仍由单一的FCC固溶体相组成。USRE处理后涂层的相构成均未发生变化,但CoCrFeMnNiMo涂层的晶粒尺寸得到更明显的细化。USRE处理降低了高熵合金激光熔覆层的表面粗糙度,提高了残余压应力和显微硬度,并且USRE处理对CoCrFeMnNiMo涂层的效果提升更加显著。经过相同工艺参数的USRE处理后,CoCrFeMnNiTi高熵合金激光熔覆层的体积磨损率由1.90×10^(-4)mm^(3)/(N·m)降低到0.71×10^(-4)mm^(3)/(N·m);但由于磨损机制的转变和表面脆性的增大,CoCrFeMnNiMo高熵合金激光熔覆层的磨损率反而上升。探讨了超声表面滚压处理对高熵合金涂层的适用性,可为高熵合金涂层耐磨性的强化提供参考。     

TC4合金氩弧熔覆Ni60+B4C复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面成功制备出TiC、TiB、TiB2增强Ti基复合涂层.利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,TC4合金表面有颗粒状TiC、粗大棒状相TiB2、细小棒状相TiB生成;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达1300 HV0.2;复合涂层在室温干滑动磨损试验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是魔力磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近10倍.     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述。首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析出相、非晶相;性能上,高熵合金涂层由于各种效应的作用,具有高强度及硬度、优异的耐磨性、良好的耐腐蚀性及高温抗氧化性等一系列优异的性能;而后进一步分析了表面熔覆技术工艺参数对高熵合金涂层质量的影响规律、合金元素对高熵合金涂层性能的影响及热处理对高熵合金涂层相组织演变的影响;最后对高熵合金涂层的应用前景及其未来的研究方向进行展望。     

铬铁原矿粉掺杂制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层及其组织性能

目的 以40Cr钢为基体,制备掺杂铬铁原矿粉的CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层,提高其硬度与耐磨性.方法 在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯金属粉末中掺杂铬铁原矿粉,矿粉有效原子数分数为0％、5％、10％、15％时,采用激光熔覆技术,在40Cr钢基体上制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层.利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜,表征高熵合金涂层的物相结构及微观组织.利用硬度计、磨粒磨损机,对涂层的硬度及耐磨性能进行表征.结果 不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层为单一的BCC相,铬铁原矿粉为10％时,出现FCC相.高熵合金涂层微观组织以胞状树枝晶为主,涂层与结合区存在明显分界,与基体呈良好的冶金结合.不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层平均硬度值为643.5HV;铬铁原矿粉为15％时,涂层平均硬度值为838.1HV,是基体的3.4倍.磨损率随铬铁原矿粉占比的增加而降低,铬铁原矿粉有效原子数分数为15％时,磨损率约为0.14 mg/mm2,耐磨性能最好.结论 在40Cr钢基体上成功制备出了以铬铁原矿粉为掺杂组元的高熵合金涂层,铬铁原矿粉的掺入,提升了CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层的硬度与耐磨性.     

TC4合金表面氩弧熔覆TiCp/Ti基复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备出TiC增强的Ti基复合涂层。利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,涂层中有大量的TiC树枝晶和条块状TiC颗粒;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,HV平均硬度可达9GPa;复合涂层室温干滑动磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

铬铁原矿粉激光制备高熵合金复合涂层的组织与性能

目的用铬铁原矿粉快速直接制备高熵合金复合涂层,研究其组织结构及性能,提高基体表面硬度和耐磨性。方法采用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备高熵合金复合涂层,运用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及硬度计、磨粒磨损机,分析高熵合金复合涂层不同深度的显微组织、物相结构及力学性能。结果高熵合金复合涂层与基体结合良好,物相结构为简单BCC结构的过饱和固溶体,显微组织为典型胞状和树枝晶组织,且原位自生形成的细小碳化物颗粒强化相弥散分布于基体。深度为0.1 mm时,复合涂层的显微组织形貌最细小,且存在一定程度的成分偏析。复合涂层显微硬度平均为6.48 GPa,为基材40Cr钢的2倍以上。高熵合金复合涂层不同深度的磨损率均低于基体的磨损率,且随着深度的增加,磨损率逐渐升高,当深度为0.1 mm时,磨损率最低,为0.17 mg/mm2,耐磨性最好。结论以铬铁原矿粉为掺杂组元,采用激光熔覆技术成功制备出掺杂原位自生颗粒强化相的高熵合金复合涂层,显著提高了基体表面硬度和耐磨性。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

Mo含量对FeCoCrNiMox高熵合金等离子喷焊层组织与性能的影响

目的 研究不同Mo元素添加量对FeCoCrNiMox(x=0、0.5、1、1.5)高熵合金等离子喷焊层组织和性能的影响,以期望获得一种高硬度、耐腐蚀的喷焊层,用于改善传统工模具表面防护与使用寿命的问题。方法 采用等离子喷焊技术在Q235A低碳钢表面制备了不同Mo含量的高熵合金喷焊层,通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)表征其微观组织与相结构,借助显微硬度计和电化学工作站对喷焊层的硬度和耐腐蚀性能进行测试。结果 随着Mo含量x从0逐渐增加到1.5,喷焊层的晶界胞状枝晶组织(枝晶内为白色富Mo相,枝晶间为灰色富Fe、Ni相)逐渐增加,合金微观组织变得细小;喷焊层的硬度由204.4HV0.2增加至706.8HV0.2;喷焊层在3.5%NaCl溶液中呈现出明显的钝化行为,腐蚀电位由?0.753 V增大到?0.412 V,腐蚀电流密度由1.23×10^?4 A/cm²减小到3.80×10^?6 A/cm²,点蚀电位由?0.642 V增大到?0.371 V,具有优异的耐腐蚀性能。结论 所设计的FeCoCrNiMox合金及相应的等离子喷焊工艺,满足对喷焊层高耐磨以及耐腐蚀性的要求,有望应用于传统工模具的表面防护与修复。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

冷喷涂辅助原位合成FeCoxCrAlCu高熵合金涂层组织性能研究

利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45_^#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCo_xCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大;随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV;合金涂层中最小的摩擦系数为0.361;在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45_^#钢基体具有较正的自腐蚀电位(E_corr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。     

AZ31B镁合金盐浴碳氮钒共渗工艺

为提高AZ31B镁合金的表面硬度,改善其摩擦磨损性能及耐蚀性能,采用盐浴碳氮钒共渗工艺在AZ31B镁合金表面形成高硬度碳、氮化合物渗层,并用数字显微硬度计、光学显微镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪、摩擦磨损试验和电化学测试分析渗层表面硬度、截面显微形貌、渗层表面物相组成、耐磨性和耐蚀性等。结果表明,盐浴碳氮钒共渗处理使AZ31B镁合金表面形成主要由VC、VN等高硬度金属化合物组成的渗层,渗层表面硬度最高达到283.1 HV0.05,相比原始试样和碳氮共渗处理试样分别提升280%和62%;相比原始试样,碳氮钒共渗试样的摩擦因数和磨损量分别降低约30%和50%,自腐蚀电位提高60 mV,自腐蚀电流密度降低一个数量级,表明盐浴碳氮钒共渗工艺能够显著提高AZ31B镁合金的表面硬度,提升其摩擦磨损性能及耐蚀性能。     

45钢表面激光熔覆Ni60-TiC 陶瓷涂层的耐磨耐蚀性能

柱塞抽油泵柱塞(45钢)长期工作在高摩擦、高腐蚀环境下,需要改善其工作表面的耐磨性及耐蚀性以提高其工作效率、延长使用寿命。采用激光熔覆技术在45钢表面熔覆Ni60-TiC混合粉末制备金属陶瓷涂层,对熔覆不同TiC含量(0%、10%、20%、30%,质量分数,下同)的涂层进行显微硬度测试、摩擦磨损试验及耐腐蚀试验,同时对涂层微观形貌进行表征。结果表明:涂层中加入TiC能有效改善涂层的耐磨耐蚀性能,提高涂层的硬度,降低摩擦系数。综合考虑柱塞抽油泵柱塞实际工作环境,涂层中TiC含量为20%-30%时涂层的耐磨性耐腐蚀性最好。     

TC4钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂层的组织及耐磨性

为提高TC4钛合金的耐磨性,利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备Ni60+50%WC和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)两种耐磨复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)来表征涂层的微观结构和物相组成;使用HV-1000显微维氏硬度计、HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机和WDW-100D电子万能试验机来分析涂层的性能。结果表明：两种涂层均由W2C、TiC、Ni17W3、Ni3Ti和TixW1-x相组成,两种涂层不仅与基体呈现出优异的冶金结合,而且组织均匀致密,没有裂纹瑕疵;由于涂层中存在着原位合成的硬质相和细晶强化共同作用使得涂层硬度显著提高,约为TC4基体的2.8倍;两种涂层的摩擦系数(COF)和磨损量都远低于TC4钛合金基体,耐磨性能比基体提高了近17倍;Ni60+50%WC复合涂层和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)复合涂层的剪切结合强度分别为188.19 MPa和49.11 MPa。结论：两种涂层均能显著改善TC4钛合金基体表面的硬度和耐磨性能,其中Ni60+50%WC复合涂层在硬度、耐磨性和结合强度等方面表现得更出色。