冷喷涂辅助合成AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PeterWang9898
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采用表面改性技术可以在很大程度上提高普通工业材料的强度和硬度,从而改善材料的耐磨性和耐腐蚀性。Al Co Cr Fe Ni Cu系高熵合金有较高强度和硬度、良好的延展性、优异的耐磨性和耐腐蚀性,在工业制备领域有非常好的应用前景。为了提升普通工业材料(如工业用钢)自身较差的耐磨和耐蚀性能,本文在45钢基体上使用冷喷涂辅助合成AlCoxCrFeNiCu(x=0、0.5、1、1.5、2)高熵合金涂层。研究改变Co元素含量对冷喷涂辅助合成高熵合金涂层物相、微观组织的影响以及组织的改变对性能的影响,为冷喷涂辅助合成高熵合金涂层提供参考和指导。冷喷涂辅助合成技术是指先使用低压冷喷涂工艺制备AlCoCrFeNiCu混合粉体预制涂层,然后采用感应重熔或激光熔覆工艺合成AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层。本研究将Al、Co、Cr、Fe、Ni和Cu的单质粉末以1:x:1:1:1:1(x=0、0.5、1、1.5、2)机械混合3h后,采用低压冷喷涂技术在45钢基体表面预制混合粉体涂层,然后分别采用感应重熔和激光熔覆技术合成AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层。通过XRD、SEM、TEM、EDS等表征不同Co元素含量AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层微观组织;通过硬度显微仪(HV-1102)、UMT-Tribolab型摩擦设备、电化学工作站(CHI-660D)等测试不同Co含量AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层硬度、耐磨性、耐腐蚀性能。研究表明:通过低压冷喷涂辅助感应重熔技术合成AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,不同Co元素含量促进AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层中的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫分析显微组织中枝晶内富集Fe、Cr、Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;通过感应重熔技术制备的冷喷涂辅助合成AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层组织为等轴晶。随着Co含量增加硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6 HV,最小摩擦系数为0.361。涂层在3.5wt.%Na Cl腐蚀介质中,Al Co0.5Cr Fe Ni Cu高熵合金涂层更耐腐蚀,比其它比例Co含量涂层有较正的自腐蚀电位(Ecorr=–0.37 V)和较小的自腐蚀电流密度(Icorr=4.9×10-6A?cm-2)。低压冷喷涂辅助激光熔覆合成的AlCoxCrFeNiCu系高熵合金涂层结构主要为树枝晶结构,枝晶主相为Fe-Cr相,枝晶间主要以析出相Cu为主相。随着Co元素比例的增加,促进枝晶间Cu析出,涂层中BCC相衍射峰先增强后减弱,FCC相衍射峰先被消弱后增加。随着Co元素的添加,涂层的维氏硬度也先增加后减小。当Co元素的含量为1时,高熵合金涂层的硬度达到最大值,其平均硬度为610.9 HV,最小摩擦系数为0.283。Co元素的添加提高了合金涂层的硬度和耐磨性。合金的磨损类型有磨料磨损、磨粒磨损和分层磨损。涂层在3.5wt.%Na Cl腐蚀介质中,合金涂层相比与45钢基体具有较正的自腐蚀电位(Ecorr=–0.325 V)。涂层在3.5wt.%Na Cl腐蚀介质中,Al Co0.5Cr Fe Ni Cu高熵合金涂层更耐腐蚀。
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