钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeMoVTi高熵合金涂层的摩擦磨损和高温抗氧化性能

为提高钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V(TC4)钛合金表面制备了近等原子比的AlCoCrFeMoVTi高熵合金(HEA)涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析了涂层的物相组成和显微组织;利用HDX-1000维氏硬度仪测试了熔覆层显微硬度;通过UMT-3摩擦磨损试验机和GSL-1400X型管式电阻炉分别测试了HEA涂层的摩擦磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,HEA涂层主要由面心立方(fcc)、体心立方(bcc)二元共晶相组成;HEA涂层最高显微硬度HV0.2为10 990 MPa,是基体TC4的3.29倍;涂层摩擦系数为0.31,磨损体积为1.79×10~(-4)mm~3,分别为基体的59.62%和12.01%;在800℃恒温下氧化50h后,HEA涂层的氧化增重为1.49 mg,仅为基体的16.37%。激光熔覆高熵合金AlCoCrFeMoVTi涂层能显著改善Ti6Al4V钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能。     

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。     

激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层的微观组织和高温抗氧化性能

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用激光熔覆原位自生技术,在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti∶Al∶Si=41∶41∶18和Ti∶Al∶Si=35∶35∶30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成;借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800℃×24h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能;结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明,涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织,全部为细小等轴晶。在800℃×24h×5次循环氧化条件下,TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1mg·cm-2,涂层的约为2.8mg·cm-2和3.3mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理,一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层,阻碍了氧扩散;另一方面是提高了氧化层的黏附性,使氧化层不易从涂层表面剥落,对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。