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本课题针对激光熔覆制备高熵合金涂层理论研究不足的特点,探索了激光熔覆工艺制备高熵合金涂层物相(固溶体相)形成的元素选择判据(δ,△Hmix,△Smix)和激光熔覆参数选择判据(K)。研究分析发现:当满足10.8≤△Smix≤16.2 J·K-1·mol-1,-17≤△Hmix≤7 kJ·mol-1,0≤δ≤14和0.04≤K≤0.14 kJ·mm-2时,涂层会趋向于形成单一的固溶体相,偏离判据范围的涂层中将会出现金属间化合物相。基于所得判据,并针对钢铁材料及钛合金耐磨损性能相对较弱的缺点,采用准确的激光熔覆工艺参数分别在45#钢和Ti6A14V表面制备了具有优异耐磨损性能的高熵合金复合涂层(预制涂层分别为 CrCoAlNiMox(x=0.25,0.75,1.00,1.25,1.50)和 FeCrCoAlNiMox(x=0.5,1.0,1.5)),并研究了 Mo元素对涂层的宏观形貌、稀释率、显微组织、物相形成、显微硬度、磨损性能的影响规律。主要研究内容概括如下:1.提出激光熔覆制备高熵合金涂层的固溶体相形成判据:(1)基于传统块体高熵合金已有的研究进展,通过大量数据统计和分析,得到激光熔覆制备高熵合金涂层固溶体相形成的元素选择判据:10.76≤△Smix≤16.20,0≤δ≤14,16.20≤△Hmix≤7(2)基于激光熔覆快速加热和快速冷却的工艺特点,得到激光熔覆制备高熵合金涂层固溶体相形成的激光参数选择判据:0.04≤K≤0.14 kJ·mm-22.以45#钢为基底制备耐磨损高熵合金涂层的研究结果:(1)由于激光吸收率(A)的不同,熔覆层的稀释率(η)随着x值(0.25、0.75、1.00、1.25、1.50)的增大呈现出升高的趋势,分别为51.5、54.1、58.8、65.9、68.5。SEM和EDS分析结果表明,当x=0.75时,涂层主要由单一的枝晶所组成,仅有一些短棒状突起零星地分布在枝晶内;当x=1.00时,涂层中会有大量短棒状突起出现并形成不规则的条状结构;当x=1.25和1.50时,涂层中的突起状组织会逐渐从枝晶中分离,并转变成富含Mo和Fe的新相。(2)XRD分析结果表明,当x=0.75和1.00时,涂层主要由单一的固溶体相(BCC)所组成;当x=0.25、1.25、1.50时,涂层中除了存在固溶体相,还出现了金属间化合物相(CrFeNiMo)。(3)通过建立数学模型,对不同Mo含量涂层所对应的△Smix,δ,△Hmix值进行计算。结果发现,只有x=1.00的涂层满足本课题得到的固溶体相形成的判据条件。该结论与显微组织结构和XRD物相分析结果相吻合,验证了判据的准确性。(4)力学实验结果显示,随着x值(0.25、0.75、1.00、1.25、1.50)的增大,涂层的力学性能呈现出先上升后下降的趋势。涂层的硬度分别为660 HV0.2、706 HV0.2、750 HV0.2、681 HV0.2、642 HV0.2;涂层的磨损体积分别为 0.281 mm3、0.154 mm3、0.119 mm3、0.177 mm3、0.254 mm3;涂层的磨擦系数分别为 0.514、0.462、0.443、0.494、0.503。可见,涂层的力学性能均明显优于基底(显微硬度为200 HV0.2,磨损体积为0.341 mm3,摩擦系数为0.579),并且当x=1.00时,涂层的力学性能达到最佳。3.以Ti6A14V为基底制备耐磨损高熵合金涂层的研究结果:(1)SEM、EDS和XRD分析结果表明,当x=1.0时,涂层的物相组织分布最为均匀,涂层主要由BCC固溶体相组成,且涂层中固溶强化效果最佳。(2)硬度试验结果显示,不同元素配比的涂层均具有优异的硬度性能。其中,x=0.5时,涂层的硬度为759.4 HV0.2;x=1.0时,涂层的硬度达到最高,为857.2 HV0.2,约为基底硬度(330 HV0.2)的2.6倍。另外,由于x=1.5的涂层中出现了较多的金属间化合物,其硬度也相对较高,为844.3 HV0.2。(3)磨损实验结果显示,不同Mo含量(x=0.5、1.0、1.5)涂层的磨损体积分别为 1.145 mm3、0.823 mm3、1.219 mm3,涂层的磨擦系数分别为 0.80、0.61、0.78。当x=1.0时,涂层的耐磨损性能最佳,其磨损体积相较于基底(2.329 mm3)降低了65%,平均磨擦系数也远小于基底材料(1.04)。本课题所得到的FeCrCoNiAlMo系列高熵合金涂层具有优异的耐磨损性能,并且当预制涂层元素为等摩尔比时,涂层会趋向于由单一的固溶体相(BCC)组成。