激光熔覆制备Al0.1CoCrFeNi高熵合金涂层的组织及性能研究

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本文借助激光熔覆技术,分别使用同步送粉法和预置法在H13钢基材表面制备Al0.1CoCrFeNi高熵合金涂层。研究了激光功率、扫描速度以及送粉电压等工艺参数对涂层宏观形貌和组织性能的影响,通过对涂层性能分析,选择最佳工艺参数并采用搭接法进行大面积制备。对涂层的常温下耐腐蚀性和耐磨性能以及高温抗氧化性能及热震性能进行分析,研究了涂层耐腐蚀、耐磨、抗热冲击以及抗氧化机理。
  试验表明,同步送粉法制备涂层的最佳工艺参数为激光功率1200W,扫描速度1mm/s,送粉电压10V,预置法为激光功率1800W,扫描速度1mm/s。两种方法制备出的涂层中上部组织均为细小致密的等轴晶,底部为生长趋势明显的柱状晶,同步法制备涂层的表面较为平整,稀释率最低为28.66%,硬度最高可达789.93HV,预置涂层稀释率最低为21.21%,硬度最高可达871.82HV。以30%的搭接率进行大面积制备,涂层平整,组织致密无缺陷。在激光功率为900W,扫描速度为1mm/s或激光功率不高于1300W,扫描速度为2mm/s时,涂层的物相主要由FCC+BCC相组成,反之则均由一种有序FCC相以及无序FCC相组成,搭接试样与单道次试样相似。
  最佳工艺参数通过硬度以及稀释率确定,借助电化学性能测试进行佐证。发现最佳工艺参数制备出的涂层具有更低的腐蚀电流密度和较高的腐蚀电位,分别为5.50x10-7μA/cm2和-0.59V,且随着稀释率的提高,涂层腐蚀更加严重。而预制涂层的腐蚀电流以及腐蚀电位为2.24×10-7μA/cm2和-0.36V,相比同步涂层电流降低了3.26×10-7A/cm2,电位提高了0.23V,说明随着稀释率的降低,耐腐蚀能更优,且两种方法制备的涂层耐腐蚀性均优于基材。
  相同载荷下,涂层比基材拥有更好的耐磨性。当载荷增加,摩擦磨损系数降低,体积磨损率增加。在5N、10N、15N的载荷下,预制涂层的摩擦磨损系数分别为0.46、0.43、0.37,体积磨损率为3.35×10-6mm3/(N·m)、10.96×10-6mm3/(N·m)、25.52×10-6mm3/(N·m),与同步涂层比较分别降低了5.37%、14.38%、34.88%。涂层以及基材的磨损机理均为氧化磨损+粘着磨损。
  在600℃、800℃以及1000℃的温度下进行热震试验,发现涂层与基材结合牢靠,可以承受多次热冲击不出现裂纹,且在1000℃循环7次之后基材开裂,说明涂层的抗热冲击性能优于基材。600℃氧化100h后,涂层与基材氧化并不严重,800℃氧化不同时长后,涂层中出现优先出现Fe2O3、CoFe2O4等不致密的氧化皮。氧化同样时长,涂层增重更低,与基材相比涂层有着更好的抗氧化性能。
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