高熵合金CoCrCuFeNi激光焊接研究

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高熵合金在硬度、抗压强度、韧性、热稳定性等方面具有潜在优于常规合金材料的特质。目前针对高熵合金的研究多集中在对合金系的设计、制备、铸态和热处理态的组织和性能分析等方面,针对高熵合金激光焊接性方面的研究还较少。激光焊接是一种先进材料连接技术,已广泛应用于多种材料的焊接工艺中,因此研究高熵合金的激光焊接是非常有意义的。本文以高熵合金Co Cr Cu Fe Ni为研究对象,对其进行激光焊接和激光表面重熔,通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析仪、纳米力学综合测试系统、磨损试验机以及电化学测试站,研究焊缝的凝固模式、工艺参数对焊缝形貌的影响以及所制备激光重熔层的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能。研究结果如下:高熵合金Co Cr Cu Fe Ni母材组织为等轴树枝晶,Cu元素偏聚于枝晶间。激光焊缝形貌呈现“丁”字形焊缝,焊缝组织为焊缝边缘的垂直于熔合线生长的柱状树枝晶与焊缝中心的等轴树枝晶,等轴树枝晶的晶粒尺寸约为3.3μm。激光焊接后,熔合区成分得到均匀化,焊缝的Cu元素偏析现象得到减轻。随着激光功率的增加,焊缝的熔深、熔宽、束腰高和束腰宽均增大;随着焊接速度的增加,焊缝的熔深、熔宽、束腰高和束腰宽均减小。激光功率对熔深的影响更明显,焊接速度对熔宽、束腰高、束腰宽的影响更明显。激光功率和焊接速度的变化对焊缝的硬度影响不大,焊缝区域的硬度略大于母材,焊缝区域的平均硬度为165.86±8.66 HV,母材区域的平均硬度为143.83±3.43 HV。激光重熔层的屈服应力大于母材,母材的屈服应力为125.94±23.56 MPa,激光重熔层的屈服应力为262.83±36.24 MPa。激光重熔层的摩擦系数小于母材,母材的磨损量为9.02±0.42 mg,激光重熔层的磨损量小于母材,平均磨损量为7.73±0.29 mg。其磨损是粘着磨损和磨粒磨损共同作用的结果。母材和激光重熔层在盐溶液中耐蚀性较好,碱溶液中腐蚀倾向最大,在酸溶液中腐蚀速率最大。激光重熔层的自腐蚀电位为-0.3002~-0.2439 V,母材的自腐蚀电位为-0.2090 V,激光重熔层的腐蚀倾向大于母材。激光重熔层的自腐蚀电流平均为1.485×10-6 A,母材的自腐蚀电流为2.9145×10-8A,激光重熔层的腐蚀速率也大于母材。
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