第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

199 / 2020-09-20 18:54:40

激光熔覆AlCoCrFeNiTix高熵合金涂层的耐磨耐蚀性

激光熔覆；高熵合金；微观组织；耐磨性能；耐蚀性能

暂无

高熵合金作为一种组分不同于传统合金的新型合金，例如较早期提出的AlCoCrFeNi系列高熵合金，具有较好力学性能。高熵合金良好的力学性能很大程度上归因于合金内固溶体相的形成，尤其是由单一BCC固溶体相组成的高熵合金，往往表现出较好的抗压缩性能。简单的相组成又可以减少合金在电化学腐蚀过程中腐蚀微电池的形成，有利于提升高熵合金的耐蚀性。但是这种由单一BCC固溶体相构成的高熵合金的硬度和耐磨性大多都相对较低。通过向高熵合金内引入微纳颗粒可以实现对单相高熵合金的第二相强化，达到改善高熵合金硬度和耐磨性的目的。我们利用激光熔覆技术在45钢表面制备了含有原位合成TiC微纳颗粒的高熵合金涂层。利用激光熔覆的稀释作用将基体中的C元素引入AlCoCrFeNiTi_x高熵合金涂层中，实现TiC微纳颗粒在高熵合金涂层内的原位合成。通过控制Ti元素在AlCoCrFeNiTi_x (x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) 高熵合金涂层中的含量，研究其对涂层的微观结构、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性的影响。研究结果表明，高熵合金涂层主要由Fe-Cr (BCC)固溶体相、AlNi (B2)相以及TiC微纳颗粒相构成。其中，Fe-Cr固溶体相和AlNi相构成了以Fe-Cr相为基相，AlNi相为析出相的spinodal 分解结构。两相之间存在良好的共格关系，并且两相之间的位向关系为(110)_B2∥(200)_BCC和[002]_B2∥[002]_BCC。TiC微纳颗粒相的尺寸范围为100 nm~1μm。随着Ti元素在涂层内含量的增加，TiC微纳颗粒的体积分数呈逐渐上升的趋势，其体积分数分别被计算为0.75%、0.79%、1.4%、2.4%和2.6%。掺杂在涂层中的Ti元素一部分参与合成了TiC微纳颗粒相，另一部分固溶进入AlNi相。固溶进AlNi相的Ti原子导致了AlNi相的晶格畸变，然而Ti原子对Fe-Cr固溶体的晶格并没有产生明显的影响。除此之外，Ti元素还可以起到细化晶粒的作用。与AlCoCrFeNi高熵合金涂层相比，AlCoCrFeNiTi高熵合金涂层的晶粒约细化了60%。AlCoCrFeNiTi高熵合金涂层表现出最高的硬度。涂层的平均微观硬度分别646.0 HV_0.3、661.6 HV_0.3、728.9 HV_0.3、747.6 HV_0.3、833.1 HV_0.3、860.1 HV_0.3。高温摩擦磨损试验表明，AlCoCrFeNiTi高熵合金涂层在室温(25℃)和高温(600℃)下均表现出最好的耐磨性。除此之外，对涂层的耐蚀性研究表明，AlCoCrFeNiTi高熵合金涂层表现出最好的耐蚀性。Ti元素的掺杂有利于促进涂层在阳极极化过程中钝化现象的形成。涂层表面在阳极极化过程中形成的钝化膜的主要成分为Al₂O₃、TiO₂、Ti₂O₃、Cr₂O₃、Cr(OH)₃。综上所述，通过在由单一BCC固溶体相构成的高熵合金内引入第二相颗粒，可以起到较好的强化效果，能够实现对涂层硬度和耐磨性的改善。