TC4表面激光熔覆高熵合金涂层的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:chrong
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钛合金虽然在航空航天、生物医疗等领域具有具足轻重的地位,但耐磨性较差在一定程度上也限制了它的发展,因此为了拓展钛合金的应用范围,推动它的发展,对其进行表面改性成为了重中之重。而高熵合金(HEAs)作为材料界的一颗新星,凭借其优异的综合性能受到了广泛关注。因此通过在Ti-6Al-4V(TC4)表面制备高熵合金涂层来改善其耐磨性不仅对于钛合金的应用具有指导意义,对于高熵合金的研究也具有一定的参考意义。本文设计了CoCrFeNiMox系CoCrFeNi2V0.5Tix系高熵合金,并探索了最优的激光熔覆参数。随后采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜和硬度计等检测手段对涂层进行了微观组织的表征,并采用Si3N4和GCr15两种不同摩擦副对涂层耐磨性进行了表征。CoCrFeNi2V0.5Tix系高熵合金涂层由BCC相、(Co,Ti)2相和α-Ti相组成,而且随着Ti含量的增加,(Co,Ti)2相的体积分数逐渐增加。HEA涂层的显微硬度远高于TC4基体,是基体的2.6-3.0倍,当03N4和GCr15两种不同摩擦副表征了涂层的耐磨性。结果都表明,CoCrFeNi2V0.5Tix高熵合金涂层的耐磨性相对于TC4基体来说得到了极大的提高。采用Si3N4时,随着Ti含量的增加,磨损率先降低后增加,其中CoCrFeNi2V0.5Ti0.75的磨损率最低,为4.426×10-5 mm3/(N·m),表明其表现出最优的耐磨性。CoCrFeNi2V0.5Tix高熵合金涂层的磨损机理主要是粘着磨损和氧化磨损。采用GCr15时,Ti0.5表现出最优的耐磨性,其磨损率为2.144×10-55 mm3/(N·m)。而且在磨损过程中,GCr15磨屑在涂层表面形成保护膜,从而提高了涂层的耐磨性。随着Mo含量的增加,CoCrFeNiMox系高熵合金涂层的相结构由BCC相、(Co,Ti)2相和α-Ti相三相结构(x<0.4)转变为BCC相、(Co,Ti)2相、α-Ti相和σ相四相结构(0.52Mox合金系中,Mo元素在BCC相中的固溶度介于0.4到0.5之间。CrCoFeNi2Mox高熵合金涂层的硬度约为TC4基体的2.452.65倍。随着Mo含量的增加,涂层的硬度呈先升高后降低的趋势。其中,Mo0.5表现出最高硬度,约为850HV。
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