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。     

H13钢表面TiC/Co基激光修复层的显微组织与力学性能

采用激光熔覆技术在H13热作模具钢表面分别制备了Co50合金涂层和TiC/Co基复合涂层.借助XRD,SEM与显微硬度计对比分析了涂层与基材的结合状态、涂层物相组成、截面组织形貌和显微硬度分布.结果表明,Co50合金涂层和TiC/Co基复合涂层均与H13钢基材呈良好冶金结合特征.Co50合金涂层主要由初生γ-Co枝晶及其间的共晶组织组成,而TiC/Co基复合涂层主要由TiC颗粒、枝晶及细小的共晶组织组成,其组成相除含有TiC,TiCo₃和Cr₂Ni₃外,还有Cr-Ni-Fe-C等相.涂层截面显微硬度分布表明,TiC/Co基复合涂层截面平均显微硬度明显高于Co50合金涂层,分别为5520 MPa和4990 MPa,分别是H13钢基材的2.7和2.4倍.     

碳含量对激光熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金涂层摩擦磨损和耐蚀性能的影响

采用激光熔覆技术在 45 钢基体上制备了不同碳含量(等摩尔比)的 CoCrFeMnNiC_x( x = 0,0. 03,0. 06,0. 09, 0. 12,0. 15)高熵合金涂层。 通过 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜( SEM)、HVS-1000A 型显微硬度计、RST5000 型电化学工作站、UMT-2 型摩擦磨损试验机等表征和测试手段研究了不同碳含量对激光熔覆 CoCrFeMnNiC_x 高熵合金涂层物相结构、显微硬度、摩擦磨损及耐腐蚀性能的影响。 结果表明,当碳含量 x 由 0 逐渐增加至 0. 09 时,高熵合金相结构由 FCC 固溶体转变为 FCC 固溶体和 M23C6 相共存,合金微观组织变得细小;熔覆层硬度由 183. 20 HV_{0. 2} 增加至 223. 48 HV_{0. 2} ; 涂层的摩擦因数降低,耐磨性能变强;腐蚀电位由-469 mV 增大至-348 mV,腐蚀电流密度由 14. 95 μA·cm^-2 减小为 2. 29 μA·cm^-2 ,耐腐蚀性增强。 当碳含量 x 由 0. 09 逐渐增加至 0. 15 时,合金相结构再次转变为 FCC 固溶体,且合金微观组织恢复粗大状态;熔覆层硬度与耐腐蚀性降低,但耐磨性能却先减弱后增强。 合金在碳含量为 0. 09 时,硬度最高且耐腐蚀性能最强;在碳含量为 0. 15 时,耐磨性最强。     

冷喷涂辅助感应重熔合成AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层的显微组织和性能

通过冷喷涂辅助感应重熔技术在45钢基体成功制备AlCo_xCrFeNiCu (x=0、0.5、1.0、1.5、2.0，摩尔分数)高熵合金涂层。研究了Co元素含量对冷喷涂辅助合成高熵合金涂层物相、微观组织的影响。结果表明：通过低压冷喷涂辅助感应重熔技术合成的AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层由fcc+bcc双相混合结构组成，涂层组织为等轴树枝晶+晶间组织，其中枝晶为bcc结构，晶间组织为fcc结构。Co含量的变化会引起AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的晶格畸变状态发生变化，当x=1.0时，AlCo₁CrFeNiCu高熵合金涂层的晶格应变最大。Co元素含量增加会促进AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层中的枝晶数目增加，同时涂层中的树枝晶尺寸也随着Co元素含量增加而增大。涂层中的树枝晶富集Fe、Cr、Co、Ni元素，枝晶间富集Cu元素，Al均匀地分布在整个涂层中。随着Co含量增加，AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的硬度先增加后减小；当x=1.0时...     

Q235钢等离子熔覆CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆法制备了CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层。采用SEM、EDS、XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布。结果表明：采用等离子熔覆等摩尔Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni单质金属混合粉,形成了无裂纹、无孔等与基体冶金结合的高熵合金涂层。涂层厚度约为1mm,主要由FCC1固溶体枝晶和少量枝晶间组织组成,枝晶间为BCC、FCC2相。涂层的显微硬度大约为260～390 HV0.2,明显高于基体的硬度150～180 HV0.2。     

功率对激光熔覆(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mo0.125)86B14涂层组织均质性及磨损性能的影响*

目前激光熔覆缺少对涂层组织、相结构纵向均质性与性能关联的研究。采用激光熔覆技术,选取不同的激光功率,制备(Fe_0.25Co_0.25Ni_0.25Cr_0.125Mo_0.125)₈₆B₁₄ 高熵合金涂层;借助电子探针(EPMA)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和 X 射线衍射仪(XRD)等观察涂层微观组织与物相纵向分布,利用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试涂层不同深度部位显微硬度及磨损性能,分析激光功率对熔覆(Fe_0.25Co_0.25Ni_0.25Cr_0.125Mo_0.125)₈₆B₁₄ 涂层纵向组织、物相分布影响规律及磨损性能。结果表明：三种功率下,涂层均由 BCC+FCC 相、硬质相 Mo₂B 组成,Mo₂B 在枝晶间富集。随着功率的增加,涂层中底部显微组织由细枝晶向粗大的柱状晶转变。三种涂层硬度均由表及里先增加后降低,摩擦因数先降低后增加;但是当激光功率为 1.6 kW 时,涂层呈现以 BCC 相为主的 FCC+BCC 双相结构,且由表及里 BCC 相含量不断增加、Mo₂B 含量逐渐减少,涂层组织均质化最高,摩擦因数变化梯度最小,耐磨损性能最佳。激光功率会影响熔覆高熵合金耐磨涂层均质性,进而影响摩擦性能的稳定性。     

冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3 高熵合金涂层组织与性能研究

目的 为了提升普通金属材料的表面耐腐蚀和耐磨性能,提出了一种在普通金属材料表面制备性能良好的CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的技术工艺。方法 利用冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层,再经过感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层。通过采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、磨料磨损试验机等,对涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性进行分析。结果 原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层组织致密,元素均匀分布,合金涂层由简单的BCC相构成,涂层的微观组织呈现出典型的枝晶结构。内枝晶区主要富含Co、Cr、Fe和Ni,枝晶间区则富含Cu和Al。CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的显微硬度是45#钢基体的3倍,在干摩擦条件下,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层在摩擦过程中以磨粒磨损为主,涂层在干滑动条件下的磨损率比45#钢基体的磨损率低59%,摩擦因数为0.38,约为45#钢基体的56%,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的磨损率为2.95×10?5 mm3/(N·m)。结论 使用冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层具有很高的硬度和良好的耐磨性能。     

熔覆电流对AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层显微组织的影响

采用氩弧熔覆工艺在06Cr19Ni10钢基体上制备等摩尔比AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层。采用10%草酸溶液体系对不同熔覆电流制备的高熵合金涂层进行电解腐蚀,采用倒置金相显微镜观察试样显微组织,采用3D激光共聚焦显微镜对高熵合金涂层中的细小析出物进行微区三维显微形貌分析,并采用自动转塔显微硬度计对其截面显微硬度进行分析。结果表明,以不同熔覆电流制备的AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层均由枝晶组织、枝晶间组织、块状析出物以及纳米级析出物组成。以240 A熔覆电流制备的涂层由于热输入过大,过热粗化的枝晶组织在凝固过程中发生臂端部位的熔解。240 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度达到最高,但截面硬度较低。230 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度、截面硬度均较理想。     

SiC对氩弧熔覆AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织性能的影响

为了满足牙轮牙爪一、二道止推面上合金涂层的硬度和耐磨性能要求,并改善一、二道止推面的质量及生产效率,在 AlCuFeNiCo 高熵合金的基础上添加了不同含量的 SiC,用氩弧熔覆的方法制备高熵合金涂层,并研究了 SiC 的加入量对涂层性能的影响,试图以 AlCuFeNiCoSiC_x 高熵合金替代 Co119 合金应用在牙爪一、二道止推面上。 研究结果表明,AlCuFeNiCoSiC_x 高熵合金涂层均由 fcc 和 bcc 相构成,而 SiC 的加入使 AlCuFeNiCo 高熵合金涂层的 bcc 相含量先增大后减小,硬度变化情况也相同,其中 AlCuFeNiCoSiC_{0. 25} 的硬度可达 61. 7HRC,符合各工厂对一、二道止推面上合金涂层的要求。 对比于 Co119 合金涂层,AlCuFeNiCoSiC_{0. 25} 涂层硬度提高了 4. 5HRC 且硬度分布更加均匀,耐磨性能提高了 43. 9%。 同时,在基体预热的情况下,氩弧熔覆的使用不会导致裂纹的产生。 因此可以使用 AlCuFeNiCoSiC_{0. 25} 高熵合金代替 Co119 合金作为一、二道止推面上的合金涂层。     

退火对激光熔覆CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层组织与电化学性能的影响

采用激光熔覆在45钢基体上制备了CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层,研究了不同退火温度(700、900、1100℃)对涂层组织及性能的影响。结果表明,涂层激光熔覆态相组成主要为fcc相+少量bcc相,显微组织主要为枝晶组织;退火后,相组成转变为fcc+bcc+M_xB的混合相结构;700℃退火后,枝晶略有粗化,更高温度退火使枝晶断开,枝晶组织逐渐消失;1100℃退火后出现明显的颗粒化、球化相组织;激光熔覆涂层显微硬度较高,最高达到603 HV;700、900℃退火后,由于第二相析出强化,涂层显微硬度略有提高,但1100℃退火后涂层显微硬度下降;CoCrFeNiB_(0.5)涂层具有较高的腐蚀电位与较低的腐蚀电流密度,耐腐蚀性能明显优于45钢;1100℃退火后,3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度比45钢基体低3个数量级,具有较好的耐腐蚀性能。     

WC和Al2O3对氩弧熔覆FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层组织和耐冲蚀性能影响

利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi_0.4,WC/Al₂O₃-FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层,并通过XRD,SEM,EDS,硬度测试和冲蚀磨损测试等方法,探究了WC和Al₂O₃的添加对FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层显微组织和性能的影响.结果表明,通过氩弧熔覆技术所制备的合金涂层表面成形性良好,无孔洞、裂纹等缺陷产生,与基体呈高强度冶金结合.WC和Al₂O₃的添加对涂层稀释率的降低有显著作用.三种涂层都是主要由Bcc相（Fe-Cr固溶体）构成,晶粒以胞状树枝晶形式存在.添加WC后,晶粒细化明显,在各种强化作用下涂层硬度为685.8 HV.且WC和Al₂O₃的添加显著提高了涂层耐冲蚀磨损性能,耐磨性几乎可以达到FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层的2倍.     

激光熔覆纳米TiC增强AlCoCrFeNi高熵合金磨损及腐蚀性能研究

采用激光熔覆技术在 304 不锈钢表层制备了纳米 TiC 增强 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪等设备系统研究了涂层的组织形貌、相结构及元素分布;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、超景深显微镜和电化学工作站等设备表征了涂层的硬度分布、磨损特性及耐腐蚀性能。结果表明,类球形纳米级 TiC 与棒状微米级 TiC 沉淀相均匀分布在涂层 bcc（B2）相基体中。添加 TiC 增强相后,AlCoCrFeNi 高熵合金涂层的硬度比未添加 TiC 涂层的硬度提升了 15%;表层磨损率及磨损后表面单位面积粗糙度（Sa）分别较 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层降低了 42% 和 18%,涂层中 TiC 增强相的弥散强化作用是涂层硬度、耐磨性提升的主要原因。添加 TiC 的 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层较未添加 TiC 涂层的自腐蚀电流降低了约1个数量级,TiC 增强相使涂层表面形成致密的钝化膜是其耐蚀性能好的主要原因。     

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.     

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。     

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。     

碳含量对Al0.5Co0.5NiCrFe高熵合金涂层组织与性能的影响

使用氩弧熔覆制备不同碳含量Al_0.5Co_0.5NiCrFe高熵合金涂层,研究碳含量对Al_0.5Co_0.5NiCrFe高熵合金涂层组织与性能的影响。结果表明:碳加入后,高熵合金均由单一的FCC结构组成,并没有表征出其他物质,但根据高熵合金显微组织与能谱分析可以发现,高熵合金的枝晶间有碳铬化合物生成。高熵合金涂层的组织为典型的树枝晶结构,随着碳含量的增加,组织不断细化。随碳含量的增加,高熵合金涂层的硬度不断升高,当碳含量为4%时,硬度(383.2 HV0.5)和耐磨性均为最佳。随碳含量的不断增加,高熵合金的耐腐蚀性先增强后减弱,碳含量为2%时耐腐蚀性最佳。根据单位面积氧化增量,高熵合金的抗氧化性先增大后减小,当碳含量为2%时,抗氧化性最佳。     

铁基非晶增强碳化钨涂层的微观结构与性能

采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-CoCr/铁基非晶复合涂层。比较研究了复合涂层和WC-CoCr的微观形貌、硬度、耐磨性能、高温氧化性能和腐蚀性能。XRD分析和SEM观察表明，复合涂层主要由WC相、W2C相和铁基非晶相组成。与WC-CoCr涂层相比，复合涂层的硬度有所降低，但是两者没有显著性差异。由于硬度下降，导致复合涂层的耐磨性能略低于WC-CoCr涂层。800℃高温氧化测试表明，复合涂层在800℃具有良好的热稳定性，这归因于氧化过程中生成了一层致密的氧化膜。此外，复合涂层在3.5%氯化钠溶液中的耐腐蚀性能也优于WC-CoCr涂层。     

Mo元素含量对FeAlCuCrNiMox系高熵合金组织结构及性能的影响

为了研究Mo元素对FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金的组织结构及性能的影响,将FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金粉末制备成药芯焊丝,并用气体保护堆焊到45钢表面制备出FeAlCuCrNiMo_x系高熵合金,而后对堆焊层进行硬度、显微组织、物相组成及耐蚀性能分析. 结果表明,FeCuCrAlNiMo_x系堆焊高熵合金呈现单一的AlFe固溶体,晶格结构为体心立方. 当x = 0.8时,合金堆焊层的晶粒尺寸最为细小,晶界强化明显,硬度最高,平均硬度达到47.8 HRC,磨损量最小,为0.08 g. 加入一定量的Mo元素之后腐蚀电位降低,即耐腐蚀性能下降.     

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。