TC4钛合金表面激光熔覆AlxCoCrFeMoVTi高熵合金涂层的微观组织及性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nathon_zhwang
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TC4钛合金因具有质轻、密度低、比强度和屈强比高、耐蚀性好、可焊接性优良等特点而被广泛用作航空航天、石油化工、汽车船舶等行业中的重要结构材料。然而,由于钛合金普遍存在着硬度低、摩擦磨损和高温抗氧化性能差等固有不足,限制了其作为结构材料在复杂服役环境下的进一步大面积推广。采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备的高熵合金涂层,具有较高的显微硬度,优良的耐磨性以及高温抗氧化性,逐渐成为钛合金表面改性的一种新型技术途径。本文采用在CoCrFe基高熵合金的技术上添加Al、Mo、V、Ti,利激光熔覆技术在钛合金表面制备Al CoCrFeMoVTi高熵合金涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、光学电子显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)表征了不同Al含量涂层的物相组织以及显微形貌;探究Al含量对涂层显微硬度、耐磨性能、高温抗氧化性能、电化学性能的影响,并深入分析涂层的磨损机理、氧化机理以及耐腐蚀机理,得出以下结论:涂层与基体TC4钛合金呈良好的冶金结合,无明显的气孔和裂纹等缺陷。涂层的物相组织为BCC+FCC二元共晶相,随着Al含量的增加,FCC逐渐向BCC转化,涂层右下至上的显微组织依次为柱状晶、树枝晶、花瓣状等轴晶以及游离的类枝晶组织,其中,柱状晶主要存在于热影响区中,结合区组织呈外延生长的树枝晶,熔覆区组织受表面氧及温度梯度的影响生成花瓣状等轴晶。AlxCoCrFeMoVTi(x=0,0.5,1,1.5)高熵合金涂层的显微硬度分别为基体TC4钛合金的2.64、2.81、3.44、2.61倍;涂层的平均摩擦系数分别为0.43、0.37、0.31、0.45,耐磨性为基体TC4钛合金的2.78、4.19、8.33、2.64倍,Al0涂层的摩擦机理为磨粒磨损和粘着磨损;Al0.5涂层的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损;Al1涂层的磨损机理为磨粒磨损和氧化磨损磨损;Al1.5涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损;基体TC4钛合金的磨损机理为以粘着磨损为主,伴有少量的冲蚀磨损;在800℃大气环境下循环氧化50h后,涂层的氧化增重分别为基体的48%、42.2%、16.4%、55.6%,材料的高温抗氧化性得到显著提升;随着Al含量的增多,涂层的耐腐蚀性有所下降。
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