激光熔覆MoFe_xCrTiWAlNb_y高熔点高熵合金涂层

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为了获得高性能工具钢涂层,分别采用方形光斑及圆形光斑激光熔覆试验在M2工具钢(W6Mo5Cr4V2)上制备出MoFeCrTiWAlNb高熵合金(HEA)涂层,对比分析两种工艺下,高熵合金涂层的组织结构及性能差异;研究Fe元素和Nb元素对Mo FexCr Ti WAl Nby(x=1.5,2,2.5,3;y=1.5,2,2.5,3;x,y为摩尔比)高熔点高熵合金涂层组织和性能的影响规律;最后探索了退火温度对高熔点高熵合金涂层组织及性能的影响。采用SEM、XRD、EDS分析两种涂层形貌、成分、相结构。采用显微硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层性能。获得的主要结论如下:(1)混合粉末球磨4 h后,没有发生合金化,但是发生了形变,混合粉末更加细小均匀,平均直径为56.1μm。圆形光斑制备的HEA涂层的主要物相是BCC和MC碳化物,而方形光斑激光熔覆制备的HEA涂层的主要物相是BCC、hcp-Fe2Nb和MC碳化物。圆形光斑涂层中出现明显的相分离现象,而采用方形光斑的激光熔覆层熔深浅,稀释率小,显微组织主要由不规则树枝晶及颗粒状碳化物构成。方形光斑激光熔覆涂层平均硬度为850HV左右,圆形光斑激光熔覆涂层平均硬度为680HV左右。相较于圆形光斑所制备的HEA涂层,方形光斑所制备的HEA涂层摩擦系数低,磨损量小,磨损表面光滑,主要磨损机制为磨粒磨损。(2)调整Fe元素和Nb元素的含量时,涂层主要由BCC、MC和Laves相组成;Mo FexCr Ti WAl Nby高熵合金涂层的显微组织主要由灰色基体、白色枝晶、深灰色不规则颗粒以及羽毛状和放射状的共晶组织组成。当Fe:Nb小于1时,涂层主要由白色枝晶,灰色基体,深灰色不规则颗粒及其内部包裹的少量的黑色圆形颗粒组成,此时涂层的平均硬度偏低,磨损性能较差,磨损量偏高;当Fe:Nb约为1时,涂层形成基体与羽毛状和放射状交替组成的共晶组织,其上分布着深灰色不规则颗粒及少量的黑色圆形颗粒。其中Fe2.5Nb2.5涂层的共晶组织片层间距最小,形态最致密,涂层的硬度随Fe、Nb元素含量改变而提高,且耐磨性最好。当Fe:Nb大于1时,涂层主要组织不变,但共晶组织仅少量存在,此时的涂层硬度显著提高,磨损性能较好。(3)在500℃、550℃、600℃、700℃温度下对Mo Fe2.5Cr Ti WAl Nb2.5高熵合金涂层进行保温退火4h,结果表明,热处理后的涂层的主要物相与熔覆态保持一致。随着退火温度升高,涂层硬度呈先升高后下降的趋势,显微硬度均高于基材及熔覆态,表明Mo Fe2.5Cr Ti WAl Nb2.5高熔点高熵合金涂层具有良好的抗高温软化性能。
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