电子束表面改性高熵合金组织及性能调控

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本文基于电子束表面改性技术进行了Al Cr Fe Co Ni2.1共晶高熵合金的表面重熔处理和304#不锈钢表面Al Cr Fe Co Ni Cu高熵合金涂层的制备。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了改性层的组织结构;通过纳米压痕设备和摩擦磨损试验机测试了改性层的力学性能和摩擦磨损性能,研究了电子束改性参数对高熵合金改性层组织性能的影响,实验结果如下:基于正交试验设计了Al Cr Fe Co Ni2.1共晶高熵合金电子束表面重熔研究。结果表明,重熔后的组织明显细化,BCC相体积分数显著降低,偏析现象受到抑制。由于固溶强化和细晶强化,重熔层的硬度最多提高至基体的1.45倍,耐磨性相对基体得到提升。测试0.5 h时,轴承钢、氧化锆和氮化硅磨球下基体和重熔层的磨损机制均为不同程度的磨粒磨损;测试1 h和1.5 h时,氮化硅磨球下基体的磨损机制为磨粒磨损,重熔层转变为氧化磨损。采用电子束在304#不锈钢表面原位合成制备了Al Cr Fe Co Ni Cu高熵合金涂层,研究了电流对涂层组织和性能的影响。结果表明,12-18m A涂层由BCC和FCC两相构成且存在大量裂纹,12 m A涂层组织存在元素偏析现象。随着电流增加,涂层裂纹数量减少,FCC相的体积分数增加,BCC相由树枝晶向针状和块状组织转变。TEM结果发现12 m A涂层的偏析区中存在纳米富Cu相和脱溶BCC相。组织不均匀导致硬度和弹性模量平均值浮动较大。三种涂层的磨损机制均为磨粒磨损,12 m A涂层的耐磨性最高,达到2.42×10-4mm~3/N·m,相对基体提高了4.6倍。在熔覆前对粉末进行了电阻缝焊预合金化处理。得到的12-18m A涂层组织及其变化规律与电子束熔覆涂层一致,裂纹数量相对减少,宏观偏析现象得到改善。SEM和TEM结果显示,晶间存在富Cu偏析相和两种Me3Al型L12相。组织的均匀化提升了涂层的整体性能,相对电子束熔覆涂层表现出更高的硬度和耐磨性。
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