激光熔覆Co1.5CrFeNi1.5Ti0.75Nbx高熵合金的组织和性能研究

目的 研究Nb含量对高熵合金Co1.5CrFeNi1.5Ti0.75Nbx熔覆层组织和性能的影响.方法 在H13钢表面制备了Co1.5CrFeNi1.5Ti0.75Nbx(x=0.25,0.50,0.75,1.00,原子数分数)高熵合金熔覆层,研究Nb含量对熔覆层的物相组织、微观结构、硬度和耐磨性的影响.结果 高熵合金熔覆层主要为BCC相、FCC相和Laves相的组织.在熔覆层中添加Nb,Laves相随之增加,组织的微观形貌发生变化.熔覆层的硬度远远高于H13钢(退火态),Co1.5CrFeNi1.5Ti0.75Nb0.5熔覆层的平均硬度最高,约为H13钢(退火态)的2.8倍.Co1.5CrFeNi1.5Ti0.75Nb0.5熔覆层的摩擦磨损失重最小,磨损程度更低,耐磨性更好.结论 Nb元素加入高熵合金体系会形成Laves相,Laves相能够提高高熵合金的力学性能.相关结果 对于高熵合金体系的研究具有一定意义,为高熵合金的成分设计和优化提供了必要的实验支持.     

铝材表面激光熔覆Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金层的组织与性能

为了提高铝合金的耐磨性及耐蚀性并降低高熵合金中元素偏析的现象,采用CO_2激光熔覆技术在铝基体表面制备了Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电化学工作站检测技术研究了Ti含量对Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x熔覆层显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层主要相结构为简单的面心立方相、金属间化合物相和Laves相;当Ti含量摩尔比从0.5增至2.0时,Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层的表面硬度从510 HV增加到554 HV,在0.5 mol/L HNO_3溶液中具有优异的耐蚀性能。     

45钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层组织与性能

为探究CoCrNi中熵合金在激光熔覆领域中的应用,以CoCrNi合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面采用同轴送粉法制备合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等设备研究了熔覆层微观组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明：熔覆层成形良好,组织均匀致密,组成相主要为FCC单相固溶体;熔池与基体交界处为平面晶,底部靠近中心为柱状晶,顶部分别为胞状晶和等轴晶,3种元素在熔覆层深度方向上的比例几乎相同;熔覆层平均硬度为250HV,摩擦系数、磨损量较基体分别降低了11.7%和36.7%;自腐蚀电流密度略有降低,CoCrNi熔覆层的钝化区域为-150到1 100 mV,表明熔覆层显著提高45钢的耐腐蚀性能。     

激光熔覆Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层的显微组织与性能研究

采用CO2激光熔覆技术在AISI 1045钢基底上制备了Al_xCrFeCoCuNi涂层。通过改变Al的含量来研究其对显微组织和耐磨性能的影响。涂层的微观结构、化学成分和相结构分别通过扫描电镜、能谱和X射线衍射进行了分析。研究结果表明,Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层主要包括熔覆层、结合区和热影响区。熔覆层和基底具有很好的冶金结合。熔覆层主要由等轴晶和柱状晶组成。XRD分析可知,由于高熵效应使得Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层相结构主要为简单面心和体心立方结构。Al_xCrFeCoCuNi的表面硬度最高可以达到758Hv,是基底的3倍,而且显微硬度随着Al含量的增加而升高。Al含量高的涂层具有高的硬度,从而提高了耐磨性能。     

SiC含量对激光熔覆SiC/Ni60A复合涂层显微组织和耐磨性能的影响

利用LDM2500-60半导体激光器在45#钢板上制备SiC颗粒增强Ni60A合金激光熔覆涂层,系统研究SiC含量对涂层的显微组织、稀释率、耐磨性、摩擦因数和显微硬度的作用规律。结果表明:随着SiC含量增加,熔覆表层的微观组织细化,稀释率、耐磨性、摩擦因数和硬度均先增加后降低;当SiC含量为20%(质量分数,下同)时,熔覆层的耐磨性能最佳,磨损量仅为0.0012g,为基体磨损量的1/36.3;摩擦因数最小为0.464,且磨损过程最为平稳;熔覆层平均硬度值最高,达到1039.9HV0.2,为基体的3.5倍;但当SiC含量达到25%时,熔覆层的显微硬度与耐磨性能反而下降。     

合金成分对镍基合金激光熔覆涂层组织与性能的影响

为了研究激光熔覆镍基合金涂层显微组织与性能之间的关系,本文选用Ni25、Ni45、Ni60镍基自熔性合金粉末作为熔覆材料,在同一工艺参数下在45#钢基体上制得Ni25、Ni45、Ni60合金激光熔覆涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等方法对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度等进行了研究。结果表明从Ni25到Ni60合金涂层,随着合金元素含量的提高,涂层微观组织逐渐由亚共晶转变为过共晶,γ-Ni奥氏体枝晶所占体积分数减少,尺寸细化,枝晶间的共晶组织和硬质相所占的体积分数增大,涂层和基体之间结合带的宽度越来越窄,熔覆层的显微硬度越来越高。Ni25、Ni45合金涂层的平均显微硬度分别为250HV和550HV左右,而Ni60合金涂层的平均硬度却高达750HV左右,为Ni25合金涂层的3倍。     

Si含量对氩弧熔覆AlCuFeNiCoSix高熵合金涂层组织及性能的影响

高熵合金具有独特的相结构和优异的性能。采用氩弧熔覆技术在Q235钢上制备AlCuFeNiCoSi_x高熵合金涂层,探究Si对AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织、硬度与耐磨性的影响。结果得出：高熵合金涂层仅由BCC和FCC相结构组成,并没有复杂相出现,随Si含量增加,BCC结构衍射峰强度先减小再增加,组织主要为树枝晶组织,随Si含量增加,枝晶组织先变成棒状枝晶,然后又变成细小致密且不均匀。涂层硬度先减小后增大,然后又减小,当x=0.75时硬度最高,达到62.5 HRC。加入Si含量0.75的涂层耐磨性比未加入Si涂层的提高了26.3%。     

激光熔覆FeCrNiCoCuAlx高熵合金涂层的耐腐蚀与抗冲蚀性能

采用激光熔覆技术在Q345钢表面制备FeCrNiCoCuAl_x(x=0, 1, 2, 3)高熵合金涂层。通过XRD,SEM及冲蚀磨损等实验方法研究高熵合金涂层的组织结构与性能。结果表明:随着Al含量的增加,高熵合金涂层由简单结构的FCC和BCC混合固溶体逐渐转变成全部的BCC结构,涂层的硬度也随之增大,最高可达580HV。在3.5%NaCl溶液中,涂层的腐蚀电流密度随着Al含量的增加先降低后提高,且当x=1时涂层具有最好的耐蚀性。冲蚀磨损实验表明,当冲蚀角度由90°减小到30°时,冲蚀磨损量不降反升,表现出韧性材料的冲蚀特征。涂层的抗冲蚀性能随着Al含量的增加而增强,且冲蚀磨损机制由锻造挤压转变为以微切削和犁削为主。     

氩弧熔覆含Al_2O_3-TiB_2增强颗粒的自熔性镍基合金复合层的冲蚀磨损性能

为了提高Al2O3-Ti B2复相陶瓷涂层的冲蚀磨损性能并降低熔覆成本,以Ni60A自熔性合金粉末、Al2O3粉末以及Al-Ti O2-B2O3体系为原料,在Q235钢表面氩弧熔覆原位合成了Al2O3-Ti B2增强颗粒复合层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及冲蚀磨损试验对熔覆层的显微组织、物相结构、显微硬度和耐冲蚀磨损性能进行分析。结果表明:熔覆层与基体之间的结合方式为冶金结合,界面无气孔、裂纹;熔覆层中有Al2O3,Ti B2,Fe2B和Fe19Ni3相生成;熔覆层的显微硬度最高可达771.9 HV,较基体提高了3.82倍;熔覆层的冲蚀磨损性能相对基体提高了2.49~4.70倍。     

等离子熔覆Ni—Cr合金涂层的组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在40Cr钢基材表面熔覆Ni-Cr合金涂层,研究了熔覆层的组织特征、成分和显微硬度分布特点.结果表明:等离子熔覆层与基体的结合面是由等轴晶构成的,熔覆层与基体呈现良好的冶金结合状态;熔覆层中部分布着沿逆热流方向生长的排列较规则的枝晶组织;熔覆层表层是细小的枝晶组织.能谱分析表明在结合面处Ni,Cr含量发生显著变化,等离子熔覆可以实现低稀释率.熔覆层的显微硬度呈梯度过渡到基体,熔覆层外层硬度值最高,在结合面附近硬度出现显著的变化.     

CeO2掺杂对AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与摩擦磨损性能的影响

采用熔铸法制备等摩尔比的AlCoCrCuFe高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机分别测试CeO2掺杂前后对其物相结构、显微组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:AlCoCrCuFe由BCC和FCC双相组成,合金中掺杂1%(质量分数)CeO2后引起衍射峰强度的显著提高。两种合金显微组织均为典型树枝晶,Cu与Ce元素在晶间富集,枝晶内为调幅分解组织。CeO2的加入使合金显微硬度从441.5HV增加到475.3HV,摩擦因数与质量损失率分别从0.55,1.44%降低到0.4,1.28%。     

元素Cu对Cu_xAlFeNiCrTi(x=0,0.5,1.0)高熵合金组织性能的影响

高熵合金具有许多优异性能,目前对其研究还不够深入。利用真空电弧熔炼炉制备了Cu_xAlFeNiCrTi(x=0,0.5,1.0)高熵合金,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和磨损试验对该高熵合金的微观组织及其性能进行了一系列测试,探究不同含量的Cu元素对合金性能的影响。结果表明:合金组织为树枝晶,主要是由体心立方(BCC)相和面心立方(FCC)相组成;随着Cu元素含量的增加,FCC相含量也在增加,合金的硬度降低;随Cu元素含量的增加,合金的摩擦系数减小,磨损失重和磨损体积增大,即合金耐磨性降低。     

真空熔炼多组元Cu_xAlFeNiCrTi高熵合金的显微组织和性能

多组元高熵合金是一种具有五种以上组元的新型合金。通过真空电弧熔炼炉熔铸得到了不同铜含量的高熵合金Cu_xAlFeNiCrTi(x=1和0.5),再通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜以及显微硬度计分析了高熵合金的显微组织、结构、硬度和耐腐蚀性能等。结果表明:高熵合金具有简单的相结构,合金硬度在800 HV以上,耐碱腐蚀性能优于耐酸腐蚀性能;随着铜元素含量的减少,合金结构由体心立方+面心立方结构变为体心立方结构,合金硬度增加,耐腐蚀性能提高。     

激光熔覆镍基合金层的组织与高温耐磨性能

为了改善304不锈钢工件的高温耐磨性能,利用CO2激光器在其表面熔覆了Ni基高温合金层。研究了熔覆层的物相组成、显微组织、成分分布,测试了其显微硬度、高温耐磨性能等,并与基材进行了对比。结果表明:Ni基合金熔覆层的组织从熔池底部到表层为胞状晶—柱状枝晶—树枝晶;熔覆层的主要组成相是Ni3Cr2,NbC,Mo2C与Cr23C6;Ni基合金粉末中添加难熔元素Cr,Mo,Nb等对熔覆层的组织起到了固溶强化、硬质相强化和弥散强化作用;熔覆层的平均显微硬度达到了405 HV,高温耐磨性能是基体的2倍多。     

Ti0.5AlCoFeNiCrx高熵合金的微观组织结构与力学性能

通过XRD分析、SEM观察和压缩实验研究了不同Cr含量对Ti0.5AlCoFeNiCrx(x为摩尔比,x=0,0.5,1,1.5,2,3)高熵合金微观组织结构与力学性能的影响。结果表明:当合金不含Cr时,呈现单一的体心立方结构;当加入Cr元素后,出现了另一种富Cr的体心立方相。随着Cr含量的增加,组织从树枝晶逐渐转变到亚共晶、共晶和过共晶组织,表明Cr能促使合金发生共晶反应。适量的Cr元素能显著提高合金的压缩力学性能,其中Ti0.5AlCoFeNiCr0.5合金具有最好的压缩强度和塑性。     

Al元素对Al_xFeCrCoCuV高熵合金组织及摩擦性能的影响EI北大核心CSCD

采用非自耗电弧熔炼炉制备了Al_xFeCrCoCuV(x=0,0.5,1.0)多组元高熵合金。用XRD,SEM,EDS和DSC技术探究了合金的微观组织,并测试了其硬度及耐磨性能。研究表明:随着Al的加入,Al_(0.5)FeCrCoCuV合金和Al_(1.0)FeCrCoCuV合金由FeCrCoCuV合金单一的BCC相变为由枝晶BCC和晶间FCC共同组成的双相组织;Al_(1.0)FeCrCoCuV合金的硬度大于Al_(0.5)FeCrCoCuV合金。合金的摩擦磨损测试主要以黏着磨损为主,合金的耐磨性能与硬度成正比。3种合金的摩擦因数都是随着时间的增加而减小,主要原因是随着摩擦时间的增加,合金表面生成了一层氧化物提高了合金的耐磨性能。     

AlCoCrNiSi_x高熵合金微观组织结构与力学性能

通过XRD,SEM,EDS分析和显微硬度测试,系统研究了Si含量对AlCoCrNiSix高熵合金铸态组织的相结构变化、微观组织形貌特征和力学性能。结果表明:随Si含量的增加,合金相结构由单一的bcc1固溶体结构逐步转化为bcc1+bcc2结构共存,其中bcc1为AlNi基的固溶体,bcc2为CrSi固溶体。随Si含量的增加,合金的铸态组织由枝晶形态向胞状形态转变。微观组织中Al,Ni主要存在于枝晶内,Si则偏析于枝晶间。Si具有显著提高合金硬度的作用,硬度最大值达到HV991。     

Microstructure and properties of laser-clad FeNiCoCrTi0.5Nb0.5 high-entropy alloy coating

ABSTRACT

FeNiCoCrTi_0.5Nb_0.5 high-entropy alloy coating is prepared on AISI 1045 steel by laser cladding. The cross-sectional macroscopic morphology, phase, microstructure, microhardness and wear resistance are studied systematically. The results show that FeNiCoCrTi_0.5Nb_0.5 coating has no porosities, cracks or other defects and is well metallurgically bonded to the substrate. The coating is composed of body-centred cubic (BCC) solid solution, face-centred cubic (FCC) solid solution and hard Laves phase. The solid solution phase and Laves phase distribute uniformly and closely in a lamellar shape to form a fine and dense eutectic structure. The microhardness of FeNiCoCrTi_0.5Nb_0.5 coating is about three times that of the substrate. Compared with the substrate, the coating has superior wear resistance.     

Al含量对CrFeNiAlxSi系高熵合金性能的影响

选取与天然铬铁矿粉有效成分相近的Al、Cr、Fe、Ni、Si元素为高熵合金成分,采用激光烧结技术制备CrFeNiAl_xSi系高熵合金,研究了Al含量对CrFeNiAl_xSi系高熵合金的物相结构、显微组织、密度和孔隙率、显微硬度、耐磨和抗高温氧化性能的影响。结果表明：CrFeNiAl_xSi(x=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)系高熵合金由BCC+FCC相构成,随着Al含量的提高FCC相减少;x=0.6的合金硬度最高,为813.3HV;合金的密度降低孔隙率提高,x=0.2的合金密度最大,为4.21 g·cm^-³,孔隙率最低,为26.46%;x=0.6的合金耐磨性能最佳,磨损率为69.50 mg·cm^-²;随着Al含量的提高,合金的抗高温氧化性能明显提高。