等离子熔覆CoCrCuFeNiMn高熵合金组织研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备了fcc结构的Co Cr Cu Fe Ni Mn高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的组织结构以及合金元素在基体中的扩散。结果发现,熔覆层显微组织为树枝晶,枝晶间为富Cu面心立方固溶体,晶格常数为0.3597 nm,有纳米编织组织析出。枝晶内为多种元素固溶的面心立方固溶体,晶格常数为0.3664 nm。高熵组元元素在熔合线靠近热影响区一侧形成元素的过渡区,过渡区宽度约为10μm。临近熔合线的热影响区内出现了大约70μm宽的铁素体带,该区域的珠光体因脱碳分解生成铁素体,Co在该区域扩散的距离最远。     

等离子熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金的组织结构

用等离子熔覆技术在Q235钢上制备了CoCrFeMnNiCx（x=0, 0.05, 0.1, 0.2,x为摩尔分数）高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的合金成分,显微组织、相结构以及显微硬度。结果表明： C0、C0.05、C0.1和C0.2合金熔覆层的显微组织均为树枝晶结构,其中,C0合金熔覆层只形成了简单的面心立方相,其晶格常数为0.359 7 nm;加入C后,合金熔覆层仍以简单面心立方为主,只是晶格常数有所增加,分别为0.360 2（C0.05）、0.360 3（C0.1）和0.361 8（C0.2） nm;同时有少量Cr7C3生成,且随着C含量的增加,Cr7C3的形态由棒条状变为多边形颗粒状。由于少量的C元素在熔覆层中既可以作为固溶元素起到间隙固溶强化效果,也可与Cr元素形成Cr7C3起到第二相弥散强化作用,所以随含C量的增加,熔覆层显微硬度呈增大的趋势,当C的摩尔比为0.2时,熔覆层硬度达到354.7 HV0.5。     

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。     

Q235钢等离子熔覆CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆法制备了CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层。采用SEM、EDS、XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布。结果表明：采用等离子熔覆等摩尔Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni单质金属混合粉,形成了无裂纹、无孔等与基体冶金结合的高熵合金涂层。涂层厚度约为1mm,主要由FCC1固溶体枝晶和少量枝晶间组织组成,枝晶间为BCC、FCC2相。涂层的显微硬度大约为260～390 HV0.2,明显高于基体的硬度150～180 HV0.2。     

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。     

激光熔覆原位合成陶瓷相增强铁基熔覆层的组织和性能

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆含有Ti-Fe,B₄C粉末的铁基合金粉,在汽车模具钢表面直接原位合成TiC+TiB₂颗粒增强的铁基合金复合涂层.涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层组织细小,结构致密,宏观质量较好. XRD分析结果表明,涂层组织由α-Fe,TiC,TiB₂组成. TiC,TiB₂相均匀分布于熔覆层中.由于TiC,TiB₂硬质相的形成以及激光的快速凝固冷却获得的细晶组织,使得熔覆层的显微维氏硬度有了明显提高.在距离熔覆层表面1.2 mm处显微维氏硬度高达1000 HV,有利于促进熔覆层耐磨性的提高.     

熔覆电流对FeCoCrNiMn高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 研究等离子熔覆电流对FeCoCrNiMn高熵合金涂层组织与性能的影响。方法 采用等离子堆焊工艺在65Mn钢基体上制备等摩尔比的FeCoCrNiMn高熵合金涂层。通过观察涂层的宏观表面特征来判断等离子熔覆技术制作高熵合金涂层的宏观效果。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）以及X射线衍射技术（XRD）观察涂层显微组织,并分析涂层的成分和相组成。采用维氏硬度显微测试计测量合金涂层的表面硬度和基体至涂层的层深硬度。结果 等离子熔覆技术制备的合金涂层无裂纹,涂层平均厚度达到2 mm。涂层元素与熔覆粉末元素比例一致,除去部分Fe元素由基体进入涂层之外,涂层依旧为单相FCC固溶体结构,组织形态为枝晶。涂层与基体结合处可以观察到明显的柱状晶区和热影响区（HAZ）。随着电流的增大,枝晶组织逐渐变粗,而FeCoCrNiMn高熵合金涂层的表面硬度逐渐减小,在190 A处,硬度发生突变达到最大值366.3HV,170 A处为最小值258.78HV。沿层深方向,涂层硬度变化不大,热影响区内由上到下,硬度先增大后减小。结论 等离子熔覆技术制备高熵合金涂层有明显的优势,且具有制作大面积表面涂层的潜力,涂层厚度可以达到毫米级。电流大小改变,FCC相组成没有发生改变,而组织结构发生改变,随着电流变大,枝晶组织变粗,涂层硬度逐渐下降。     

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AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层的微观组织及耐蚀性能

利用激光熔覆技术在AISI 304不锈钢表面制备了AlCoCrFeNiSix（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、维氏硬度计和电化学工作站等,分析了Si元素对AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明：AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层由体心立方（BCC）固溶体晶粒构成。随着Si元素含量的增加,Si元素置换固溶使晶格收缩,晶粒逐步细化,纳米尺度球状AlNi相在晶粒内脱溶,少量的Cr23C6碳化物沿晶界析出。微观组织的演化导致涂层的显微硬度升高,最大硬度达到848.1 HV0.3。AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层的热力学腐蚀倾向和均匀腐蚀速率均低于基材AISI 304不锈钢。Si元素的掺杂提高了钝化膜的修复能力和稳定性,使腐蚀机制从自催化发展的点蚀转变为晶间腐蚀。     

熔覆电流对AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层显微组织的影响

采用氩弧熔覆工艺在06Cr19Ni10钢基体上制备等摩尔比AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层。采用10%草酸溶液体系对不同熔覆电流制备的高熵合金涂层进行电解腐蚀,采用倒置金相显微镜观察试样显微组织,采用3D激光共聚焦显微镜对高熵合金涂层中的细小析出物进行微区三维显微形貌分析,并采用自动转塔显微硬度计对其截面显微硬度进行分析。结果表明,以不同熔覆电流制备的AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层均由枝晶组织、枝晶间组织、块状析出物以及纳米级析出物组成。以240 A熔覆电流制备的涂层由于热输入过大,过热粗化的枝晶组织在凝固过程中发生臂端部位的熔解。240 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度达到最高,但截面硬度较低。230 A熔覆电流制备的熔覆涂层的表面硬度、截面硬度均较理想。     

Microstructure of a Ni Matrix Composite Coating Reinforced by In-situ TiC Particles Using Plasma Cladding

THE TECHNOLOGY of a metal matrix composite(MMC)coating reinforced by ceramic particles oncheap metal substrates is a newly developed process.A powder alloy with a desirable composition is put onthe surface of a substrate.The powder and the toplayer of the substrate are simultaneously melted andrapidly solidified to form a dense coating and bondedtogether.Up to now,many cladding processes havebeen developed,including laser cladding'1'21,electroncladding and plasma cladding.The laser cladd…     

Mo含量对FeCoCrNiMox高熵合金等离子喷焊层组织与性能的影响

目的 研究不同Mo元素添加量对FeCoCrNiMox(x=0、0.5、1、1.5)高熵合金等离子喷焊层组织和性能的影响,以期望获得一种高硬度、耐腐蚀的喷焊层,用于改善传统工模具表面防护与使用寿命的问题。方法 采用等离子喷焊技术在Q235A低碳钢表面制备了不同Mo含量的高熵合金喷焊层,通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)表征其微观组织与相结构,借助显微硬度计和电化学工作站对喷焊层的硬度和耐腐蚀性能进行测试。结果 随着Mo含量x从0逐渐增加到1.5,喷焊层的晶界胞状枝晶组织(枝晶内为白色富Mo相,枝晶间为灰色富Fe、Ni相)逐渐增加,合金微观组织变得细小;喷焊层的硬度由204.4HV0.2增加至706.8HV0.2;喷焊层在3.5%NaCl溶液中呈现出明显的钝化行为,腐蚀电位由?0.753 V增大到?0.412 V,腐蚀电流密度由1.23×10^?4 A/cm²减小到3.80×10^?6 A/cm²,点蚀电位由?0.642 V增大到?0.371 V,具有优异的耐腐蚀性能。结论 所设计的FeCoCrNiMox合金及相应的等离子喷焊工艺,满足对喷焊层高耐磨以及耐腐蚀性的要求,有望应用于传统工模具的表面防护与修复。     

(Ti+B4C)/Fe901比对等离子熔覆铁基涂层结构及硬度的影响

目的获得高质量等离子熔覆铁基涂层的优化成分。方法以Fe901、Ti、B_4C粉为原料,采用反应等离子熔覆法在Q235钢基体上原位合成铁基涂层,研究了反应物(Ti+B_4C)/Fe901质量比(15/85、25/75和35/65)对涂层中强化相的形成、界面结合情况、显微组织结构以及硬度的影响。结果铁基涂层均与基体呈冶金结合。(Ti+B_4C)/Fe901质量比较大时,会使界面结合处质量下降。(Ti+B_4C)/Fe901比为15/85时,涂层主要由(Fe,Cr)固溶体、TiB2、TiC、Ti8C5、Fe3C和Fe B相组成。增大(Ti+B_4C)/Fe901比,不会导致新相形成,但可以抑制Fe B析出,涂层中的TiC通过多步反应而形成。涂层显微硬度随(Ti+B_4C)/Fe901比增大,整体呈上升趋势。(Ti+B_4C)/Fe901比不大于25/75时,涂层显微组织较为均匀,显微硬度沿层深方向变化较平稳;进一步增大(Ti+B_4C)/Fe901比,涂层显微组织和硬度均呈现梯度分布,涂层上部硬度与下部硬度差值可达630HV0.1。结论通过调控主要增强相的反应物成分含量,可使等离子熔覆铁基涂层的显微组织和硬度呈现出梯度分布特征或较好的均匀性,从而满足不同的实际应用需求。     

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。     

激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

目的 针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTix高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度,运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆CoCrNiMnTix涂层中,随着Ti含量的增加,涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多,涂层的显微硬度不断提高,CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1,最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTix系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加,涂层的耐磨性呈现升高趋势,当Ti的摩尔分数增加至0.75时,涂层具有最好的耐磨性,但进一步增加Ti含量时,由于脆硬性的Laves相逐渐增多,磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损,使涂层耐磨性能下降。结论 激光熔覆CoCrMnNiTix涂层可以显著提高基体的耐磨性,Ti的摩尔分数为0.75时,在FCC基体中形成了少量Laves相,既提高硬度,又实现强韧配合,涂层表现出最佳的耐磨损性能。     

钨极氩弧熔覆原位自生铁基复合涂层组织与性能

目的以钨极氩弧作为热源,在Q235钢表面原位自生铁基复合涂层。方法以铁粉、铁基合金粉(G302)、B4C粉末作为预置合金粉,设置两种粉末质量比Fe:B4C=15:1(记为S1)、G302:B4C=8:1(记为S2),在Q235钢表面原位合成铁基复合涂层。对涂层进行一系列组织性能表征,利用扫描电镜(SEM)分析涂层的显微组织,采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相组成,利用MHV-2000型数字式显微硬度计测量熔覆试样显微硬度的变化。结果在试样S1和S2中,涂层与基体呈现良好的冶金结合,在结合界面处没有气孔、裂纹等缺陷。通过XRD分析可知,预置合金粉末发生了化学反应且反应比较充分,没有B4C剩余。试样S1中的增强相主要由Fe_2B、Fe_7C3、Fe_3C组成,试样S2中的增强相主要由Cr-Fe、(Cr,Fe)7C3、(Fe,Cr)2B组成。试样S1中的硼化物及碳化物呈不连续网状分布;试样S2中的网状结构减弱,出现了块状和短棒状结构。试样S1和S2基体至涂层的显微硬度呈梯度变化,且涂层的显微硬度明显比基体高,S2中涂层的显微硬度达到1200HV0.1,约是基体硬度的6倍。结论利用上述预制合金粉可以原位合成铁基复合涂层。随着硼元素含量的提高以及Cr元素的加入,有助于改善硼化物形态,使其由网状结构向块状转变。原位生成复合陶瓷增强相均匀分布在铁基体上,涂层硬度显著提高。