FeNiCoCr基高熵合金涂层的制备及性能研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhhc1987
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表面改性技术可以用于改善316不锈钢的综合性能。作为一种新兴材料,高熵合金由于其优异的性能逐渐成为表面改性材料不错的选择。在表面改性技术方面,激光熔覆技术由于能量密度高、凝固速率快、对基体的热影响小、稀释率低等优势广泛用于高熵合金涂层的制备。FeNiCoCr高熵合金系由于具有良好的塑性和断裂韧性,一直是研究的热点问题,但较差的机械强度限制了其使用范围。Mo、Nb作为大尺寸的高熔点元素,不仅可以对涂层起到强化作用还可以进一步改善涂层的耐蚀性。为了提高316不锈钢的综合性能,本文通过激光熔覆技术在316不锈钢表面制备了FeNiCoCrMox(x:摩尔比,x=0、0.15、0.20、0.25)、FeNiCoCrNbx(x:摩尔比,x=0、0.1、0.2、0.3)两个系列的高熵合金涂层。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉仪以及电化学工作站等设备对所制备的高熵合金涂层进行了相组成、显微组织、晶体学、显微硬度、干滑动摩擦磨损性能以及耐蚀性的表征。并得出以下结论:FeNiCoCrMox(x:摩尔比,x=0、0.15、0.20、0.25)高熵合金涂层呈现单一的面心立方固溶体结构伴随着典型的枝晶(DR)-枝晶间(ID)结构。Mo0、Mo0.15、Mo0.20以及Mo0.25高熵合金涂层的显微硬度相较于基体分别提高了70.1%、77.0%、84.9%和90.6%。摩擦磨损试验表明,Mo0.25高熵合金涂层的平均摩擦系数最低,耐磨性最好。与Mo0高熵合金涂层相比,Mo0.15、Mo0.20以及Mo0.25高熵合金涂层的比磨损率分别下降了11.1%,27.8%和38.9%。电化学测试结果表明,涂层的腐蚀类型为晶间腐蚀。此外,由于Mo O3对Cr2O3钝化膜的增强作用,Mo0.20高熵合金涂层表现出最佳耐蚀性。FeNiCoCrNbx(x:摩尔比,x=0、0.1、0.2、0.3)高熵合金涂层中,Nb的加入提高了体系的晶格常数。当x=0.3时,ID出现层片状的Laves相。四种高熵合金涂层中的晶粒都呈现随机取向,Nb的增加引起晶粒的细化。Nb0、Nb0.1、Nb0.2以及Nb0.3高熵合金涂层的显微硬度分别是316不锈钢基体的1.78、2.19、2.30和2.37倍。Nb0、Nb0.1、Nb0.2、Nb0.3高熵合金涂层的比磨损率分别为0.36、0.24、0.22以及0.20 mm~3/Nm,Nbx高熵合金涂层的耐磨性随Nb含量的增加而提高。316不锈钢以及Nb0.3高熵合金都呈现p型半导体特性。Nb0.3高熵合金涂层的腐蚀电流密度低至2.46×10-9 A/cm~2,钝化区的范围是316不锈钢的2倍。
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