激光熔覆制備AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層工藝及其組織性能研究.pdf

1、采用激光熔覆工藝，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化激光加工參數(shù)，在低成本Q235鋼基體表面制備了AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀分析了激光熔覆試樣的組織結(jié)構(gòu)；利用顯微/維氏硬度計(jì)、磨料磨損試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站測試了高熵合金樣品的硬度、耐磨性、耐蝕性。
　　研究表明，在Q235鋼基體表面激光熔覆制備AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層的最佳工藝參數(shù)為：激光功率P=2500

2、W，掃描速度V=3mm/S，熔覆粉末厚度d=1.0mm，光斑直徑D=4.0mm。
　　AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金試樣主要由熔覆區(qū)、結(jié)合區(qū)、熱影響區(qū)及基體組成。熔覆層與基體結(jié)合良好；在激光的快速加熱及快速凝固條件下，熔覆區(qū)主要由等軸晶、柱狀晶組成，其上分布有球狀納米粒子及“梅花狀”粒子等。Al2CoxCrCuFeNiTi高熵合金涂層在加工過程中易產(chǎn)生裂紋，主要原因是熔覆層中存在殘余應(yīng)力。通過在熔覆粉末中添加適量的Si元素

3、可抑制裂紋的產(chǎn)生。能譜分析表明，AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層中存在成分偏析，但程度較小。
　　高熵效應(yīng)使得AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層相結(jié)構(gòu)簡單，為FCC、BCC結(jié)構(gòu)及Laves相，Ni元素和Ti元素在一定程度上促進(jìn)了BCC結(jié)構(gòu)的生成，抑制了FCC結(jié)構(gòu)的生成；Co元素在一定程度上促進(jìn)了FCC結(jié)構(gòu)的生成，抑制了BCC結(jié)構(gòu)的生成。
　　Al2CoCrCuFeNixTi高熵合金表面顯微硬度最高為968H

4、V，在激光的快速加熱及快速冷卻作用下，所得的顯微組織極其細(xì)小致密，為獲得高硬度提供了保證；此外，元素中原子半徑差異使得晶格畸變更加嚴(yán)重，增強(qiáng)了固溶強(qiáng)化效應(yīng)。隨著Ni含量的增加，硬度呈增加趨勢。Al2C0xCrCUFeNiTi高熵合金熔覆層表面最高硬度達(dá)1050HV，約為基體Q235鋼的5倍，合金中大量的固溶體產(chǎn)生強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，析出的細(xì)小球狀粒子也起到彌散強(qiáng)化作用。隨著Co元素含量的增加，合金表面硬度呈下降的趨勢。原因在于：FCC晶

5、體結(jié)構(gòu)硬度較低，BCC晶體結(jié)構(gòu)硬度較高。隨著Ni含量的增加，合金中的BCC結(jié)構(gòu)增加，故硬度提高。Al2CoCrCuFeNiTix高熵合金激光熔覆層具有較高的硬度，合金表面最高硬度為988HV，約為基體Q235鋼的4.5倍，大原子半徑Ti元素的加入產(chǎn)生晶格畸變，固溶強(qiáng)化作用明顯；等軸晶間析出的細(xì)小“梅花狀”粒子、細(xì)小球狀粒子起到彌散強(qiáng)化作用，使高熵合金涂層具有高硬度。
　　AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層的相對耐磨性與基體

6、Q235鋼相比均有較大提高。Al2CoCrCuFeNixTi高熵合金涂層的相對耐磨性隨Ni含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。原因在于：合金的硬度對耐磨性有貢獻(xiàn)，同時(shí)，合金的塑性也會(huì)影響耐磨性。Ni0.0、Ni0.5和Ni1.0合金具有一定的硬度，同時(shí)又具有一定的塑性，所以耐磨性相對較大，而Ni1.5和Ni2.0合金脆性較大，使得其相對耐磨性與Ni1.0合金相比有所降低。Al2CoxCrCuFeNiTi高熵合金涂層隨著Co元素含量的增加，

7、相對耐磨性呈降低的趨勢。
　　AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層在1mol/LNaOH溶液中、3.5％NaCl溶液中、0.5mol/LH2SO4溶液中、0.5mol/LHCl溶液中、0.5mol/LHNO3溶液中，與基體Q235鋼相比，自腐蝕電流密度（Icorr）降低，自腐蝕電位（Ecorr）除少數(shù)合金外，均有所正移。說明施加高熵合金涂層可對Q235鋼起到保護(hù)作用。原因在于：高熵合金涂層的組織結(jié)構(gòu)、元素的特性、涂層的表面狀

8、態(tài)、涂層表面生成的鈍化膜等均對耐蝕性能有不同程度的影響。Al2CoCrCuFeNiTix高熵合金涂層在0.5mol/LH2SO4溶液中，除Ti1.0合金涂層外，其他合金涂層均出現(xiàn)了二次鈍化。隨著的時(shí)間的延長，鈍化膜的薄弱部位發(fā)生破壞，涂層中的Cu2+遇到H2SO4溶液中S2-時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成Cu2S形成二次鈍化。
　　循環(huán)極化曲線表明，AlCoCrCuFeNiTi系高熵合金涂層在3.5%NaCl溶液及0.5mol/LH2SO4溶液