激光熔覆AlxNbMn2FeMoTi0.5高熵合金涂层的组织与性能

使用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,期望借此提高干切削技术适用刀具表层的硬度和耐磨性。经过初步筛选之后,主要研究了Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5(x=1、1.5、2)高熵合金涂层体系,并采用XRD和3D激光扫描成像等手段分析了不同Al含量的Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5合金涂层的晶相结构、显微组织和具体元素分布。结果显示,对于Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层,随着Al含量的增加,涂层的相结构由单一的BCC相逐渐转变为双相BCC结构,晶粒逐渐细化。当x=2时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层硬度最高,平均为1089.6 HV0.3,大约为基材的5倍,且其具有最优的耐磨损性能。x=1.5时,Al_xNbMn₂FeMoTi_0.5高熵合金涂层的自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性最好。     

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...     

激光熔化沉积CoCrNiNbW高熵合金耐磨及腐蚀性研究

目的 解决Q235钢材料在实际应用中由于磨损、腐蚀导致使用寿命缩短问题,提升Q235钢表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。方法 利用激光熔化沉积技术在Q235钢表面制备无裂纹CoCrNiNbW高熵合金涂层。采用扫描电子显微镜、X射线光谱仪、光学显微镜表征其微观组织结构、元素分布和物相成分;采用显微硬度计、试块-试环摩擦磨损试验机分别测试高熵合金涂层和Q235钢的显微硬度和耐磨性能,研究涂层的强化机制和磨损机理;采用电化学工作站测试分析高熵合金涂层和Q235钢的电化学腐蚀行为,研究涂层的耐蚀性和腐蚀机制。结果 CoCrNiNbW高熵合金涂层的微观组织主要由等轴晶组成,涂层中部和底部存在未熔化Nb和W颗粒,起强化相作用;主要物相由富含Co、Ni的FCC相及富含Nb的BCC相组成;高熵合金涂层的平均显微硬度为800HV0.2,约为基材的4倍;涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,磨损率为2.315´ 10^–5 g.m^–1,约为基材的1/5;在质量分数3.5%的NaCl溶液中,高熵合金涂层具有更好的耐腐蚀性,腐蚀电阻约为基材的8倍。结论 高熵合金涂层的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性较Q235钢基材有很大提升。     

Nb元素对高熵合金涂层组织与力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTi_0.8Nb_y(y=0.25,0.5,0.75,1.0)涂层.采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等方法分析涂层的相结构和微观组织等;用显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层的硬度与耐磨性能.结果表明,组织中呈现典型的树枝晶结构,加入Nb元素,涂层微观组织的尺寸减小,增加Nb元素含量时,高熵合金涂层的晶体结构由体心立方相(body-centered cubi,BCC)、少量的面心立方相(face-centered cubic,FCC)和Fe₂(Ti,Nb)型的Laves相组成;在细晶强化、固溶强化和第二相强化的共同作用下提高了涂层的显微硬度;中间相的存在一定程度上可以阻碍犁削切削过程的进行,进而提高了涂层的耐磨性能;CoCrFeNiTi_0.8Nb_0.75涂层的硬度和耐磨性最好,硬度为710 HV,约为基体的4倍,涂层的磨损量最小,磨痕较为平整.     

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。     

冷喷涂辅助感应重熔合成AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层的显微组织和性能

通过冷喷涂辅助感应重熔技术在45钢基体成功制备AlCo_xCrFeNiCu (x=0、0.5、1.0、1.5、2.0，摩尔分数)高熵合金涂层。研究了Co元素含量对冷喷涂辅助合成高熵合金涂层物相、微观组织的影响。结果表明：通过低压冷喷涂辅助感应重熔技术合成的AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层由fcc+bcc双相混合结构组成，涂层组织为等轴树枝晶+晶间组织，其中枝晶为bcc结构，晶间组织为fcc结构。Co含量的变化会引起AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的晶格畸变状态发生变化，当x=1.0时，AlCo₁CrFeNiCu高熵合金涂层的晶格应变最大。Co元素含量增加会促进AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层中的枝晶数目增加，同时涂层中的树枝晶尺寸也随着Co元素含量增加而增大。涂层中的树枝晶富集Fe、Cr、Co、Ni元素，枝晶间富集Cu元素，Al均匀地分布在整个涂层中。随着Co含量增加，AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的硬度先增加后减小；当x=1.0时...     

Al对AlxMo0.5NbTiVSi0.2高熵合金组织和性能影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了不同Al含量的Al_xMo_0.5NbTiVSi_0.2(x=0.5,0.8,1.0,摩尔比)难熔高熵合金。研究了合金的相组成、微观组织、密度和力学性能。结果表明,Al_xMo_0.5NbTiVSi_0.2高熵合金的微观组织为典型的树枝晶结构,均由BCC固溶体相和M₅Si₃金属间化合物相组成。Al含量的增加并未使得合金的相组成发生改变。合金BCC基体相富集Al、Mo和V元素,M₅Si₃相富集Ti和Si元素,Nb元素在两相中分布较为均匀。随Al含量增加,合金的密度从6.18 g/cm³降至5.86 g/cm³,硬度提升了13.7%,压缩屈服强度增加约332 MPa,增幅达到37%,抗压强度从1 073 MPa提高到1 457 MPa,断裂应变从13.6%增加到14.4%。合金力学性能的提升主要是通过固溶强化、细晶强...     

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.     

WC和Al2O3对氩弧熔覆FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层组织和耐冲蚀性能影响

利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi_0.4,WC/Al₂O₃-FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层,并通过XRD,SEM,EDS,硬度测试和冲蚀磨损测试等方法,探究了WC和Al₂O₃的添加对FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层显微组织和性能的影响.结果表明,通过氩弧熔覆技术所制备的合金涂层表面成形性良好,无孔洞、裂纹等缺陷产生,与基体呈高强度冶金结合.WC和Al₂O₃的添加对涂层稀释率的降低有显著作用.三种涂层都是主要由Bcc相（Fe-Cr固溶体）构成,晶粒以胞状树枝晶形式存在.添加WC后,晶粒细化明显,在各种强化作用下涂层硬度为685.8 HV.且WC和Al₂O₃的添加显著提高了涂层耐冲蚀磨损性能,耐磨性几乎可以达到FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层的2倍.     

激光熔覆CoCrFeNiSix高熵合金涂层组织及耐蚀性能研究

目的 研究Si含量对CoCrFeNi系高熵合金涂层组织、物相、显微硬度及耐蚀性能的影响.方法 通过激光熔覆技术在45钢基材上制备CoCrFeNiSix(x为物质的量之比,x=0.0,0.5,1.0,1.5,2.0)高熵合金涂层,使用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、电化学工作站对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、耐蚀性能、腐蚀形貌进行分析研究.结果 CoCrFeNi高熵合金涂层为单一的fcc相,之后随着Si含量的提升,涂层向bcc相转变,当x=2.0时,全部转化为bcc相.涂层的微观组织以等轴晶与枝晶为主,当Si含量较少时,Si元素主要在晶界中偏析,随着Si含量的增加,过多的Si会固溶到晶粒内部.涂层的平均显微硬度随着Si含量的升高而增加,CoCrFeNiSi2.0可达到566.5HV0.5.在3.5％NaCl溶液中,涂层的腐蚀电位随Si含量的增加而变大,CoCrFeNiSi2.0较CoCrFeNiSi0.0的腐蚀电位正移约160 mV,腐蚀电流密度从1.17×10-6 A/cm2减小到6.06×10-7 A/cm2,耐蚀性提高.当Si含量较低时,涂层表面出现连续大面积腐蚀痕迹,随着Si含量的增加,表面腐蚀以点蚀为主.结论 在CoCrFeNi系高熵合金涂层中添加Si元素,可以促进bcc相的生成,提高涂层的显微硬度,同时可以有效抑制合金涂层的腐蚀倾向,以及减缓合金涂层的腐蚀速率,提高耐蚀性能.     

功率对激光熔覆(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mo0.125)86B14涂层组织均质性及磨损性能的影响

目前激光熔覆缺少对涂层组织、相结构纵向均质性与性能关联的研究。采用激光熔覆技术,选取不同的激光功率,制备(Fe_0.25Co_0.25Ni_0.25Cr_0.125Mo_0.125)₈₆B₁₄高熵合金涂层;借助电子探针(EPMA)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等观察涂层微观组织与物相纵向分布,利用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试涂层不同深度部位显微硬度及磨损性能,分析激光功率对熔覆(Fe_0.25Co_0.25Ni_0.25Cr_0.125Mo_0.125)₈₆B₁₄涂层纵向组织、物相分布影响规律及磨损性能。结果表明：三种功率下,涂层均由BCC+FCC相、硬质相Mo2B组成,Mo2B在枝晶间富集。随着功率的增加,涂层中底部显微组织由细枝晶向粗大的柱状晶转变。三种涂层硬...     

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.     

Si对高熵合金涂层组织和高温抗氧化性能的影响

研究了Si含量对窄带/宽带激光熔覆NiCoFeCrSi_xAlCuTiMoB_0.4(x=1.0, 0.5)高熵合金涂层组织、相结构及高温抗氧化性能的影响。结果表明:窄带涂层组织为树枝晶,主要相结构为BCC固溶体。宽带涂层为较粗大的树枝晶,相结构由BCC固溶体和存在于枝晶间的B(Fe, Si)₃、Cr₂B少量第二相组成,且Si元素的减少使得涂层中的B(Fe, Si)₃第二相含量减少。宽带涂层经800 ℃氧化50 h后氧化产物截面主要由富Cr的外氧化层和富Al的内氧化层组成,Si元素含量的增加提高了涂层的抗高温氧化性能,特别是显著降低了内氧化层厚度。     

激光熔覆CoCrFeNiSix高熵合金涂层的组织与性能

为了探究Si元素含量对CoCrFeNiSi_x(x=0.5,1.0,1.5)高熵合金涂层的组织与性能的影响,采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站等表征了涂层的物相组成、微观组织以及元素分布、硬度值、耐磨性能和耐腐蚀性能. 研究表明,随着Si元素的含量增加,合金物相由单相面心立方结构转变为面心立方结构、Si元素化合物(σ)相结构,最后形成面心立方结构、体心立方结构和σ相混合结构.涂层的组织主要由柱状晶转变成树枝晶,最后形成胞状晶;同时,涂层的硬度不断提高,当Si含量为1.5时,涂层的平均硬度值达到最高,为619.04 HV0.2,约为基体的2.67倍.涂层的磨损量、摩擦系数随着Si含量的增加而减少,耐磨性能显著提高.涂层在3.5%NaCl溶液中腐蚀性能随着Si含量的增加先增加后降低,当Si含量为1.0时,涂层的耐腐蚀性能最优.     

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。     

WC颗粒对激光熔覆高熵合金SiFeCoCrTi涂层的组织及性能的影响

采用激光熔覆技术,在Q235钢基体上制备了高熵合金SiFeCoCrTi涂层,并研究了WC颗粒对高熵合金涂层的组织及性能的影响。通过OM,XRD,SEM,硬度试验,磨损试验等手段探究了高熵合金涂层的微观形貌,相结构,硬度及磨损性能。结果表明,高熵合金SiFeCoCrTi涂层组织为胞状树枝晶,主要由bcc相和金属间化合物构成。添加WC后,涂层中形成了致密细小的枝状晶,而且形成了大量的金属间化合物,如TiCo_3、Co_(1.07)Fe_(18.93)。同时WC添加使得基材的稀释率降低,涂层的性能明显提高,其涂层平均硬度提升23%,涂层摩擦系数和磨损率都明显减小,耐磨性能显著提高。     

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。     

时效对激光熔覆FeCoCrNiB0.5高熵合金激光涂层组织和硬度的影响

采用激光熔覆方法在Q235钢上制备FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层,利用XRD、SEM以及显微维氏硬度计等,研究时效温度对涂层的显微组织、相结构及硬度的影响。结果表明,涂层由FCC结构固溶体和M₂B两相构成,并且相结构具有很好的高温稳定性。涂层经过800 ℃和900 ℃时效后,枝晶内有大量的颗粒状M₂B相脱溶物析出;而1000 ℃时效后,枝晶间的M₂B相显著粗化,涂层中树枝晶组织消失。FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层的硬度为447 HV0.2,且涂层硬度随时效温度升高而逐渐降低。     

激光熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金工艺优化及耐蚀性研究

目的 通过脉冲Nd:YAG固体激光器在Q235钢表面熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层,改善其表面性能。方法 采用正交实验法优化激光熔覆工艺参数,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、显微硬度仪分析涂层的物相组成、显微组织、元素成分以及硬度分布。采用三电极体系对高熵合金涂层的极化性能以及电化学阻抗谱(EIS)进行测试,研究高熵合金涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。结果 以稀释率和硬度为响应并进行极差和方差分析,最终得出的最佳工艺参数如下:铺粉厚度为1.25 mm,扫描速度为180 mm/min,电流大小为220 A,离焦量为－7 mm。高熵合金涂层物相由富Cu的FCC相以及富(Al,Ni)的BCC相双相构成。表层微观组织为细小、均匀的等轴晶,中部为粗大的柱状树枝晶,涂层底部与基体结合处出现明显的平面晶。Cu元素在枝晶间出现轻微偏析。涂层最高硬度达到521HV0.2,是基体的2.7倍。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层较基体有更正的自腐蚀电位、更小的自腐蚀电流密度、更大的容抗弧半径以及阻抗模值,表现出良好的耐蚀性。结论 激光熔覆技术制得的高熵合金涂层成形良好、性能优异,AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层能有效提高基体耐蚀性,起到保护作用。     

Cu添加对Mg-Bi合金铸态组织和沉淀硬化的影响

制备Mg-5Bi-xCu(x=0,0.2,0.5,1.0，质量分数，%)合金铸锭，研究其铸态组织和沉淀硬化行为。结果表明：铸态Mg-Bi-Cu合金主要由α-Mg枝晶、Mg₃Bi₂相、MgCu₂相和Mg₂Cu相组成，Mg₃Bi₂相和α-Mg基体的取向关系为■,Mg₂Cu相和Mg₃Bi₂相之间的取向关系为■。铸态合金硬度随Cu添加量提高先增大后减小，添加0.5%Cu时硬度最高，为(50.9±1.2)HV。固溶态Mg-5Bi-0.5Cu合金硬度为(49.8±0.9)HV。在175℃时效64 h后，硬度达到峰值(56.1±0.7)HV。时效硬度的提高主要是由于高密度Mg₃Bi₂相的沉淀强化作用，且由于Cu元素的添加，长杆状Mg₃Bi₂沉淀相转变为颗粒状和短棒状Mg₃Bi₂