等离子熔覆CoCrFeNiMo高熵合金相结构及显微组织研究

目的 在普通低碳钢表面制备含难熔金属Mo的CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层,研究熔覆层的组织结构及性能。方法 将Co、Cr、Fe、Ni、Mo金属单质粉末按等摩尔比进行配制并混合均匀,利用等离子熔覆法在Q235钢表面制备CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计对熔覆层的合金成分、相结构、显微组织和硬度进行研究。结果 在等离子熔覆过程中存在元素烧损现象,熔覆层的实际成分为Co1.17Cr0.92Ni1.06Fe0.92Mo0.92(摩尔分数);熔覆层与基材形成了良好的冶金结合,熔覆层主要由FCC相组成,同时夹杂少量富Mo、Cr的σ相;熔覆层显微组织为树枝晶,枝晶内为固溶多种元素的FCC相,枝晶间是由FCC相和富Mo、Cr的σ相组成的共晶组织。高熵合金物相形成规律较为复杂,其相结构不能仅由热力学参数来预判,仍需要实验结果的验证。由于Mo元素的固溶强化及σ相的沉淀强化,使得熔覆层的硬度明显提高,表面硬度约为485HV。结论 利用等离子熔覆法,在Q235钢表面成功制备了含难熔金属Mo的CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层,显著提高了CoCrFeNi高熵合金的硬度。     

B对FeCoCrNiSiBx高熵合金激光熔覆层组织和硬度的影响

采用激光熔覆制备了FeCoCrNiSiB_x高熵合金熔覆层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究微量硼元素(摩尔比x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)对FeCoCrNiSiB_x高熵合金熔覆层组织和硬度的影响。结果表明:无B高熵合金涂层组织主要为胞状晶。B的添加会促进枝晶的生成,逐渐形成鱼骨状树枝晶,但过量的B会破坏枝晶完整性,形成蠕虫状晶。此外,高熵合金熔覆层组织为FCC和BCC双相结构,B元素的添加会形成大量0.1~2.6 μm的Cr₂B第二相,有助于提高熔覆层硬度,其中x=0.06时激光熔覆层的硬度最高,约为537 HV0.2。     

激光熔覆CoCrFeNiWx高熵合金涂层的组织及性能

目的 研究W含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层组织及性能的影响。方法 采用RFL-C1000光纤激光器在45^#钢表面制备CoCrFeNiW_x(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金涂层,利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等,对熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果 熔覆层与基材之间的润湿性较好。随着W元素含量的增加,涂层由单一的FCC相转变为FCC相+μ相(Fe₇W₆、Co₇W₆),微观组织由胞状晶转变为树枝晶,晶粒尺寸减小,且在x=0.8时出现了明显的共晶组织和大量μ相沉淀。熔覆层的显微硬度随着W含量的增加而增大,x=0.8时,熔覆层具有最高的显微硬度,达到432.02HV0.3,约为基材硬度的2.1倍,为CoCrFeNi熔覆层硬度的2.2倍。x=0.6时,涂层磨损量最小,仅为CoCrFeNi涂层磨损量的30.85%,平均摩擦因数最低,约为0.31...     

激光功率对FeCoNiCrMo高熵合金熔覆层组织与性能的影响

为了探究激光功率对熔覆层组织与性能的影响，采用6种激光功率在42CrMo钢表面制备了FeCoNiCrMo高熵合金熔覆层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、维氏显微硬度计、应力分析仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站对熔覆层的显微组织、物相、力学性能及耐蚀性能进行了研究。结果表明：激光熔覆制备的FeCoNiCrMo涂层的组织主要为FCC固溶体相，当激光功率大于1.6 kW时，涂层出现BCC相(α-Fe)结构，组织为树枝晶，枝晶内为马氏体，枝晶间为含Cr、Mo元素的铁素体；随着激光功率增大，涂层硬度先增大后减小，1.6 kW时达最大值522 HV0.3;激光功率1.8 kW时涂层的耐磨性与耐腐蚀性最好，磨损率与自腐蚀电流密度分别为0.71×10^-5 g·N^-1·m^-1和1.69×10^-9 A·cm^-2。激光功率是影响FeCoNiCrMo高熵合金涂层组织与性能的重要因素，提高激光功率有利于促进BCC相的生成，显著提高涂层力学性能及腐蚀性能。     

TC4表面激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金层的组织与性能

采用激光熔覆技术在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面制备出了AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金熔覆层。运用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了熔覆层的相组成、微观形貌和成分;利用显微硬度仪和多功能摩擦磨损试验机分别检测了熔覆层的硬度和耐磨性能。结果表明:当激光功率P=1500 W,光斑直径D=3 mm,扫描速度V=20 mm/s时,制备出了与基体结合良好,无明显缺陷的高熵合金层。熔覆层主要由面心立方(FCC)结构相、体心立方(BCC)结构相和少量的Laves相组成。熔覆层的平均硬度为699.7 HV0.2,约为基体硬度(298.3 HV0.2)的2.35倍。摩擦磨损试验结果表明熔覆层的耐磨性较基体提高约42倍。     

高熵合金FeCoCrNiB0.2Mox激光熔覆层抗冲蚀性能

为改善钢材表面耐冲蚀性能,采用激光熔覆的方法在Q235基体上制备了高熵合金FeCoCrNiB_0.2Mo_x(x = 0,0.5,1)涂层,使用光学显微镜观察了熔覆层的组织;利用X射线衍射仪分析了合金熔覆层的相组成以及晶格畸变;使用维氏硬度计和自制冲蚀设备,研究了Mo对熔覆层硬度和耐冲蚀性能的影响. 结果表明:FeCoCrNiB_0.2Mo_x熔覆层由树枝晶组成,层间还可以观察到细晶区;由于激光熔覆较快的冷却速率抑制了金属间化合物的析出,高熵合金FeCoCrNiB_0.2Mo_x激光熔覆层完全由单相BCC固溶体组成;FeCoCrNiB_0.2Mo_x激光熔覆层硬度可达600 HV0.2以上;熔覆层耐冲蚀性能优良,冲蚀失重速率小于2.25 × 10?4 g/h;并且随着Mo元素含量的增加,涂层的晶格畸变增加,固溶强化效果更加显著,使得熔覆层硬度上升,因此FeCoCrNiB_0.2Mo_x熔覆层的抗冲蚀性能上升;FeCoCrNiB_0.2Mo_x系列涂层的冲蚀破坏主要以塑性微切削和锻压挤压为主.     

超声滚压强化对CoCrFeMnNiM(M=Ti,Mo)高熵合金激光熔覆层耐磨性的影响EI北大核心CSCD

CoCrFeMnNi高熵合金较低的硬度和较差的耐磨损性能限制了其在表面工程领域的应用。利用激光熔覆技术制备强化的CoCrFeMnNiM(M=Ti,Mo)高熵合金熔覆层,并通过超声表面滚压(USRE)技术强化熔覆层表面。采用XRD、FSEM、EDS、AFM、显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究USRE处理对高熵合金激光熔覆层的微观组织、表面形貌、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明:CoCrFeMnNiTi高熵合金激光熔覆层由面心立方(FCC)结构的固溶体相和TiC原位析出相组成,CoCrFeMnNiMo高熵合金激光熔覆层仍由单一的FCC固溶体相组成。USRE处理后涂层的相构成均未发生变化,但CoCrFeMnNiMo涂层的晶粒尺寸得到更明显的细化。USRE处理降低了高熵合金激光熔覆层的表面粗糙度,提高了残余压应力和显微硬度,并且USRE处理对CoCrFeMnNiMo涂层的效果提升更加显著。经过相同工艺参数的USRE处理后,CoCrFeMnNiTi高熵合金激光熔覆层的体积磨损率由1.90×10^(-4)mm^(3)/(N·m)降低到0.71×10^(-4)mm^(3)/(N·m);但由于磨损机制的转变和表面脆性的增大,CoCrFeMnNiMo高熵合金激光熔覆层的磨损率反而上升。探讨了超声表面滚压处理对高熵合金涂层的适用性,可为高熵合金涂层耐磨性的强化提供参考。     

热处理对高速激光熔覆不锈钢熔覆层组织性能的影响

通过高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备了不锈钢熔覆层,并对熔覆层进行了热处理。对熔覆层热处理前后的组织形貌与结构进行表征,并对熔覆层的显微硬度、摩擦磨损性能、冲击性能以及耐蚀性进行试验与分析。研究表明,熔覆层主要存在BCC相组成的α-(Fe, Cr),M₇C₃、M₂₃C₆碳化物以及Cr₃Si强化相;经过热处理后,熔覆层晶粒得到显著细化且分布更加均匀。热处理后熔覆层的硬度较未热处理时提高不明显,但硬度分布更为平缓,平均硬度达到446 HV0.2;磨损率下降1.7×10^-5 mm³·(N·m)^-1,冲击性能提高28.6%,自腐蚀电流密度仅为热处理前的9.19%。     

Ti6Al4V合金激光熔覆Ni基自润滑涂层的组织和性能

利用光纤激光器在Ti6Al4V合金基体表面制备了Ni25为基体和Ni包MoS₂为润滑剂的Ni基自润滑涂层,通过FESEM、XRD、硬度测试仪和摩擦磨损试验机研究了熔覆层的显微组织、物相组成和摩擦性能。结果表明,熔覆层表面主要以“花瓣”状组织以及少量的树枝晶组成,界面处的组织主要是以树枝晶为主,还有少量的等轴晶粒。熔覆层中形成了NiTi、NiTi₂等金属化合物以及其它一些化合物,这些强化相的形成有效地提高了熔覆层的表面硬度,由基体的180~200 HV0.3提高到了表层的430~530 HV0.3。同时随着Ni包MoS₂含量增加,表层的硬度会有所下降。此外,当MoS₂加入量为5%和10%时摩擦因数较大,加入量达到15%时摩擦因数有所降低,同时,熔覆层的磨损率也从5%时的7.49×10^-7 mm³·N^-1·m^-1降低到15%时的3.29×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。     

等离子熔覆原位自生NbC/高熵合金显微组织研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上原位制备了NbC增强的CoCrCuFeNiMn(NbC)_x(x=0,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4)高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的相组成、显微组织以及显微硬度。结果表明,C和Nb的加入并没有引起熔覆层物相的复杂化,物相由fcc1相、fcc2相和Nb C相组成。NbC大多偏聚于基体的树枝晶间,少量在树枝晶内析出。NbC的形态与其含量有关,当x较小时,NbC呈颗粒状;当x较大时,Nb C呈颗粒状、长条状以及十字枝晶状。原位自生高熵合金复合材料的硬度较基体合金有了明显提高,在一定范围内(x=0~0.4),熔覆层显微硬度随增强相含量的升高而增加。     

Microstructure and wear resistance of CoCrNbNiW high-entropy alloy coating prepared by laser melting deposition

The defect-free CoCrNbNiW high-entropy alloy coating was successfully prepared by laser melting deposition,and its microstructure and wear resistance were investigated.The results showed that the microstructure of CoCrNbNiW high-entropy alloy coating consisted of fee phase rich in Nb and fee phase including un-melted W particles and rich in Cr.Moreover,an amount of fee phase was formed at the middle and top of coating,while the bcc phase rich in Cr was formed at the bottom.Meanwhile,the un-melted W particles were diffusely distributed in the coating.Therefore,the microhardness of CoCrNbNiW high-entropy alloy coating was improved and was 2.78 times as high as that of substrate.The wear loss and wear rate of coating were 0.26 and 0.23 times higher than those of substrate,respectively.The wear resistance of substrate was obviously improved due to the preparation of CoCrNbNiW high-entropy alloy coating.     

等离子熔覆(CuCoCrFeNi)95B5高熵合金涂层研究

系统研究了等离子熔覆技术制备(CuCoCrFeNi)95B5高熵合金涂层的组织和力学性能。结果表明:等离子熔覆过程中的快速凝固条件有利于抑制涂层中金属间化合物的析出,涂层具有fcc和bcc有序固溶体结构。涂层的硬度为6.53GPa,弹性模量为213 GPa。(CuCoCrFeNi)95B5高熵合金涂层具有良好的耐磨性,其相对耐磨性为Q235钢的2.3倍;其主要磨损机理为切削与犁沟机制。     

感应重熔和激光重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层组织与性能

采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测,研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成,涂层组织致密,元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织,枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成,枝晶间主要为Cu,Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍,是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主,采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能,其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。     

Effect of carbon fiber on microstructure evolution and surface properties of FeCoCrNiCu high-entropy alloy coatings

FeCoCrNiCu and C_f/FeCoCrNiCu high-entropy alloy coatings are prepared by laser cladding to study the effects of carbon fiber on the microstructure and surface properties of the FeCoCrNiCu alloy. It is found that the addition of carbon fiber has little effect on the phase structure of the FeCoCrNiCu alloy coating. However, an interesting finding is that the addition of carbon fiber could decrease the segregation of Cu-element along the grain boundaries in the FeCoCrNiCu coating. In addition, the addition of carbon fiber can significantly improve the corrosion resistance of the FeCoCrNiCu alloy coating. It can also reduce the intergranular corrosion in the coating. Moreover, the addition of carbon fiber has positive effects on the improvement in the hardness and wear resistance of the high-entropy alloys (HEAs) coatings. The decreased segregation of Cu-element along the grain boundaries is mainly attributed to the significant improvement in surface properties of the HEA coatings.     

FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层的组织及性能分析

为了研究Nb元素含量对FeAlCuCrNiNb_x(x = 0.4,0.6,0.8,1.0,x为摩尔比)高熵合金的组织结构及性能的影响,采用熔化极气体保护焊技术在碳钢板表面制备出FeAlCuCrNiNb_x高熵合金堆焊层,而后对堆焊层进行显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨性和耐蚀性分析. 结果表明,FeCuCrAlNiNb_x高熵合金堆焊层呈现以Fe-Cr相为基的BCC固溶体和少量MC共晶碳化物. 组织为典型的枝晶结构,由灰色的枝晶(DR)及白色的枝晶间(ID)结构组成. 对于耐磨性,加入适量的Nb元素可以显著提高堆焊层的显微硬度和耐磨性,当Nb摩尔比为0.8时,显微硬度最高,耐磨性最好,最大硬度值达到602 HV,磨损量最小为0.30 g. 对于耐蚀性,加入一定量的Nb元素后极化曲线中自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减慢,耐蚀性增强,均优于304不锈钢,当Nb摩尔比为1.0时,堆焊层合金耐蚀性最好.     

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。     

H13钢表面激光熔覆AlCoCrFeNiWx高熵合金涂层及其性能

以热作模具钢H13作为基体,通过激光熔覆制备AlCoCrFeNiW_x(x=0, 0.5)高熵合金涂层,并研究W元素的添加对其组织结构以及热稳定性和耐磨性的影响。激光熔覆AlCoCrFeNiW_x高熵合金涂层相组织结构随W元素的添加会发生变化,W的添加会促进BCC相的形成,并且在晶界处形成富含W的第二相,其生长方向会沿着冷却方向形成细长状的枝晶,这些第二相会起到耐磨和强化涂层的作用。经800 ℃长时间保温后测试AlCoCrFeNiW_x高熵合金涂层的热稳定性。结果表明,AlCoCrFeNiW_x高熵合金涂层均能够保持较高的硬度和耐磨性,14 h保温后的硬度仍大于400 HV0.2,加入W元素后的涂层抗回火软化能力更强,800 ℃保温14 h后的耐摩擦磨损性能是基体的两倍以上。     

激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。     

Cr基涂层对H13钢耐磨性及热疲劳性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术,在高淬火高回火H13钢及再加氮化的H13钢表面沉积CrN及CrMoN涂层,分析和测试涂层的微观结构和形貌、纳米硬度和弹性模量、摩擦学性能,以及涂层对两种基体热疲劳性能的影响。结果表明,CrN和CrMoN涂层均匀致密,呈FCC结构,有效地强化了H13钢表面。与CrN涂层相比,CrMoN涂层有着更高的纳米硬度(21.73GPa)、弹性模量(268.34 Ga)以及更低的摩擦系数(0.37),从而更有效地改善了H13钢的摩擦学性能。此外,CrMoN涂层大大改善了H13钢抗热疲劳性能,经1 000次热疲劳实验,表面无明显的宏观裂纹,损伤因子近似为零。其次,CrN涂层也显示了较低的表面损伤因子(0.009),裂纹数量明显减少。然而,CrMoN和CrN涂层难以缓解氮化H13钢表面粗大的网状裂纹,表面损伤因子(0.032,0.104)明显高于H13钢(0.012)。