激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展EI北大核心CSCD

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展

激光熔覆技术采用高能量密度的激光作为工艺的能量来源,能够对工件表面进行改性和修复,显著地改善了基体的表面力学性能,从而有效地延长了产品的生命周期。激光熔覆是制备高熵合金的典型工艺之一,采用该技术并且添加合适的合金元素可以制备具备卓越性能的高熵合金涂层。为清晰地阐明加入元素后增强激光熔覆高熵合金涂层硬度的作用机制,首先综述了目前国内外在激光熔覆过程中加入常见元素所制备的高熵合金涂层硬度性能的研究现状,其中高熵合金有特殊的“4种效应”,对金属间化合物有促进作用,其内部微观结构一般为FCC、BCC或者HCP等固溶相,通常通过固溶强化、沉淀强化和分散强化来强化,并且激光熔覆法会使高熵合金涂层快速冷却,从而显著改善合金的力学性能。其次,分析了金属与非金属两大类元素对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度强化的机理,总结了金属元素与非金属元素的添加对高熵合金涂层硬度的影响规律。最后,针对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度性能的改进,总结出了有效的方法,并对其未来发展进行了展望。研究结果揭示了激光熔覆高熵合金涂层硬度强化的理论基础,为该领域的进一步发展提供了理论依据。     

低碳钢表面激光熔覆层及其高温磨损行为

为改善低碳钢材料的耐高温磨损性能,采用激光熔覆法,在低碳钢表面制备出Ni60合金、Ni60＋Y2O3的熔覆涂层和Ni60熔覆-重熔涂层,利用X射线衍射仪、磨擦磨损实验机、扫描和透射电镜分析了熔覆层相组成、高温耐磨性能和熔覆层显微形貌.结果表明：所制得熔覆层与熔覆-重熔层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合;熔覆-...     

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NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的高温氧化行为

难熔高熵合金涂层是近年来高熵合金领域的研究热点,有望成为未来重要的高温结构和功能材料。本工作采用激光熔覆技术制备了NbMoTaWV难熔高熵合金涂层,研究了其在800℃下的高温氧化行为,重点分析了不同氧化时间(10、20、30、50、100 h)的NbMoTaWV难熔高熵合金涂层组织结构演变、显微硬度变化及界面元素扩散行为。实验结果表明：NbMoTaWV难熔高熵合金涂层主要由Fe₇Ta₃型HCP固溶体相、(Fe, Ni)基体相及未熔高熵合金粉末相组成,而经不同时间氧化处理后,涂层表面生成了以Fe₂O₃和Fe₃O₄为主的氧化物相。800℃高温氧化处理后,NbMoTaWV高熵合金涂层内部组织结构变化不大,仅部分氧元素扩散进入到涂层内部。高温氧化导致NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的显微硬度有所提升,但随着氧化时间的延长,NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势,且当氧化时间为20 h时,其显微硬度达到最大,这与高温扩散所导致的固溶强化有...     

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.     

微量W元素的添加对CoCrFeNiMnAl高熵合金的组织与性能的影响EI北大核心CSCD

高熵合金(HEAs)表现出比传统合金更为优异的耐磨耐蚀性能,逐渐成为金属材料领域的研究热点。采用金属热还原法制备不同W含量的CoCrFeNiMnAlW_(x)(x=0.12,0.15,0.19)高熵合金,研究微量W元素的添加对CoCrFeNiMnAlW_(x)高熵合金的相结构、微观组织与性能的影响。采用XRD,SEM和EDS等技术表征该合金的相结构、显微组织及元素分布,利用材料表面性能测试仪和电化学工作站测定该合金的摩擦磨损性能和电化学腐蚀性能。结果表明:不同W含量高熵合金均由两种不同晶格常数的BCC相组成,随着W含量的增加,BCC1相微观相貌并没有明显的变化,但是BCC2相的微观形貌和元素分布随W含量的变化而明显变化,而耐磨损性能和耐腐蚀性能均有一定程度的提高,CoCrFeNiMnAlW_(0.19)合金的摩擦因数和磨损率分别为0.684和1.06×10^(-5)mm^(3)/(N·m),磨损机制由黏着磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损相结合,最后再转变为摩擦磨损;在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度从6.08×10^(-6)A/cm^(2)减小到1.72×10^(-6)A/cm^(2),腐蚀速率也逐渐减小。     

激光熔覆工艺参数对MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层组织和性能的影响

为了提高工具铜的重复使用寿命,通过激光熔覆技术在高速钢表面成功制备了MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)、显微硬度计等设备,探究了激光功率、激光扫描速率对高熵合金涂层显微组织和硬度的影响规律.结果 表明:当激光功率较小时,熔覆层较浅,熔...     

火焰喷涂高熵合金增强铜基复合涂层的组织和耐磨性研究

为了研究AlCoCrFeNi高熵合金(HEA)的加入对铜基复合涂层形貌、显微硬度和耐磨性的影响,以火焰喷涂法在40Cr钢表面制备了AlCoCrFeNi/Cu复合涂层,并采用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜和高速摩擦磨损试验机等对涂层的组织及耐磨性进行了测试表征.结果 表明:高熵合金(HEA)由BCC和FCC双相固溶体...     

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。     

铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及磨擦磨损性能

利用铜基熔体的液相分离作用,采用激光熔覆工艺,在ZL104合金表面成功获得了球形颗粒体增强的过饱和（Cu,Ni)固溶体基复合材料涂层。（Cu,Ni)固溶体的组织形态为胞状和树枝状,球形增强体内亚组织形态为颗粒状、穗状或树叶状。干滑动磨擦磨损试验表明复合材料熔覆层对ZL104合金表面耐磨性的提高作用很大。磨损过程中,ZL104合金主要发生了粘附磨损,出现了脱层现象;熔覆层材料发生了粘附磨损和磨粒磨损。     

基于铝热反应FeCrNiCuAlSn_(0.5)高熵合金涂层的制备

高熵合金(HEA)由于其多主元和高混合熵的特点,具有一些传统合金难以实现的优异性能,在表面技术领域具有很大的应用前景。本研究采用基于铝热反应/喷射沉积的高熵合金熔覆涂层技术,在45钢表面制备了FeCrNiCuAlSn_(0.5)高熵合金涂层,并采用XRD、SEM和EDS分析了FeCrNiCuAlSn_(0.5)高熵合金涂层的相结构、显微组织及元素分布,利用维氏硬度仪、顶断试验机和球盘式摩擦计测定了涂层的硬度、结合强度及摩擦磨损性能。结果表明,喷射涂层主要由FCC相和BCC相组成,可能含有少量的Ni_3Sn_2相。涂层组织为树枝晶,二次枝晶臂间距大约为(5.25±2.75)μm,平均冷却速度达到2.37×10~4K/s。涂层与基体交界处未出现气孔、夹杂等缺陷,实现了良好的冶金结合,涂层与基体的平均结合强度为(412.8±16) MPa。涂层的平均显微硬度值为(539±10)HV,摩擦系数为0.50,磨损率为(7.24±0.52)×10~(-6)mm~3/(N·m);而45钢基体的摩擦系数为0.75,磨损率为(1.45±0.35)×10~(-5)mm~3/(N·m),表现出比基体更为优异的耐磨性能。     

线圈扫描速度对感应熔覆Ni CrBSi涂层组织与性能的影响

以自熔性合金粉末Ni60为原料采用预置涂层结合高频感应熔覆技术在45钢基体表面制备了NiCrBSi涂层别用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和CETR摩擦磨损试验机等设备研究了感应线圈扫描速度对涂层微观组织、显微硬度和摩擦学性能的影响。结果表明,感应熔覆NiCrBSi涂层组织致密、内部无孔隙和裂纹等缺陷,涂层由γ-Ni/Fe基质相和弥散分布的Cr_7C_3、Cr_(23)C_6、CrB等硬质析出相构成。熔覆层最高硬度为980HV_(0.2),涂层内部残余应力呈压应力状态。随着线圈扫描速度的增大,涂层热输入量降低,熔池冷却凝固速度加快,一方面导致界面区域元素扩散减弱,涂层稀释率降低界面过渡区宽度减小;另一方面造成涂层晶粒和析出相尺寸细化,涂层显微硬度升高,涂层磨损形式由以粘着磨损为主向以磨粒磨损为主转变同时残余压应力增大,使得涂层耐磨性提高。     

Al(Ni)含量对钛合金激光熔覆AlNiMoSi复合涂层摩擦学性能的影响

研究含Al、Si元素涂层的摩擦学性能可为其应用提供重要的理论参考。以Al、Ni、Mo、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了Al质量分数分别为20%(Ni的为40%),30%(Ni的为30%),40%(Ni的为20%)的AlNiMoSi复合涂层,分别命名为20Al、30Al、40Al复合涂层。采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相和显微组织,并测试了复合涂层的干滑动磨损性能。结果表明:20Al、30Al和40Al复合涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.380,0.258,0.325和9.36×10~(-5),8.43×10~(-5),1.05×10~(-4)mm~3/(N·m),30Al复合涂层的磨损性能最好,主要是因为该涂层中TiC和Ti3Al含量较高;20Al和40Al复合涂层的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损,30Al复合涂层的磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。     

Nb对激光熔覆MoFeCrTiWAlNb_x高熔点高熵合金组织与性能的影响

为了获得高性能的涂层材料,采用激光熔覆技术,在W_6Mo_5Cr_4V_2AlA工具钢表面制备MoFeCrTiWAlNb_x(x=1,1.5,2,2.5,3)高熔点高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机等测试手段,研究了Nb对激光熔覆MoFeCrTiWAlNb_x高熵合金涂层组织与性能的影响。结果表明,涂层主要由BCC相、MC相和少量拉弗斯相组成,包括先共晶组织和共晶组织。随着Nb含量的增加,先共晶碳化物数量减少、尺寸增加,呈现不规则颗粒状变化。共晶组织的体积分数逐渐增大,共晶组织中BCC相逐渐增多而(MC)_e相逐渐减少,共晶组织形貌也逐渐由不规则块状小颗粒+棒状枝晶变为大块状颗粒+网状枝晶;涂层硬度逐渐下降,耐磨性逐渐上升,涂层磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主。     

合金元素对激光熔覆高熵合金涂层影响的研究进展

激光熔覆能够实现对能量和品质的精确控制,对基体的热影响小,涂层稀释率低,并与基体形成冶金结合,是目前制备涂层的常用手段。相比于块体材料,涂层的应用减少了材料的浪费,更符合环保理念。采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层是近年来高熵合金领域的主要热点之一。由于高熵合金的"鸡尾酒效应",主元元素的选择对涂层性能起着决定性的作用。因此本文主要介绍激光熔覆制备高熵合金涂层时合金元素主元对其相形成规律以及耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能的影响。重点介绍了高熵合金中常用主元元素Fe、Cr、Mn、Al、Ti、Co、Ni几种金属主元和C、N、B、Si四种非金属主元的影响规律,结果表明,通过宏观和微观的合金化可以改变高熵合金相的组成及结构,从而改善材料的性能。最后还对激光熔覆高熵合金涂层的应用前景以及未来研究的方向进行了展望。     

超声辅助激光熔覆IN 625高温合金涂层组织及性能研究

目的 针对激光熔覆制备IN625高温合金涂层时易产生缺陷和元素偏析进而导致合金性能下降的问题,提高增材制造IN 625高温合金的力学性能。方法 在激光熔覆IN 625涂层的过程中施加超声振动辅助,通过物相检测和微观组织观测研究超声功率对涂层物相种类和晶体尺寸的影响;通过分析析出相含量、分布方式及析出形态,研究超声功率对元素偏析的影响;通过对显微硬度、高温耐磨性进行测试,研究超声功率对涂层力学性能的影响。结果 施加超声前的涂层组织主要为方向杂乱的粗大枝晶,施加超声后的涂层物相组成未发生明显变化,但枝晶内亚晶排列紧密且尺寸明显减小;施加超声振动后的涂层析出相尺寸减小、含量下降,其中Laves相含量在施加超声后降幅较大,表明超声振动可以抑制Nb、Mo等元素的偏析;施加超声振动后涂层的显微硬度提高,磨损率明显下降,磨损机制由原来的表面疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损的复杂磨损转变为磨粒磨损、黏着磨损的简单磨损。结论 施加超声辅助可以有效细化IN 625涂层组织,并抑制Laves相的析出,提高涂层的硬度和耐磨性。     

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5 000、10 000、15 000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe₇Ta₃型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15 000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10 000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、...