【摘 要】
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本课题以CoCrFeNi合金体系为基础,向该体系中添加Cu、Si元素及TiC增强相,通过机械合金化制备了喷涂粉末,通过等离子喷涂制备了CoCrCuFeNi、CoCrCuFeNiSi及CoCrCuFeNiSi/TiC涂层。研究了Si元素及TiC增强相的添加对涂层的微观组织结构及显微硬度、摩擦磨损等性能的影响。此外,探索了超声冲击处理对的CoCrCuFeNi涂层微观组织及力学性能的影响。研究发现,随着
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本课题以CoCrFeNi合金体系为基础,向该体系中添加Cu、Si元素及TiC增强相,通过机械合金化制备了喷涂粉末,通过等离子喷涂制备了CoCrCuFeNi、CoCrCuFeNiSi及CoCrCuFeNiSi/TiC涂层。研究了Si元素及TiC增强相的添加对涂层的微观组织结构及显微硬度、摩擦磨损等性能的影响。此外,探索了超声冲击处理对的CoCrCuFeNi涂层微观组织及力学性能的影响。研究发现,随着球磨时间增加,CoCrCuFeNi、CoCrCuFeNiSi、CoCrCuFeNiSi/TiC粉末颗粒尺寸呈先增大后减小趋势,且粒径逐渐趋于均匀;粉末内部组织逐渐精细化,元素分布均匀化;由于TiC的球磨介质作用,加快了CoCrCuFeNiSi/TiC粉末的合金化进程。通过球磨粉末的筛分,制备了满足等离子喷涂要求的粉末。CoCrCuFeNi与CoCrCuFeNiSi喷涂粉末主要由BCC、FCC两种固溶体相构成;CoCrCuFeNiSi/TiC复合粉末由BCC、FCC及TiC相构成。研究表明,通过等离子喷涂,沉积了厚度均匀、组织致密、与基体结合良好的CoCrCuFeNi、CoCrCuFeNiSi及CoCrCuFeNiSi/TiC高熵合金基涂层。喷涂所处的大气环境导致了CoCrCuFeNi涂层中粒子间界面处金属氧化物的存在;由于Si元素的亲氧性,使得CoCrCuFeNiSi涂层中粒子间界面上的金属氧化物显著减少;CoCrCuFeNiSi/TiC复合涂层中TiC颗粒分布均匀。CoCrCuFeNi涂层主要由FCC1和FCC2两相构成;Si的添加促进了CoCrCuFeNiSi涂层中BCC相的生成;CoCrCuFeNiSi/TiC复合涂层由BCC、FCC及TiC相组成。涂层的显微硬度测试结果表明,喷涂态CoCrCuFeNi涂层的截面平均硬度为309HV0.2;由于CoCrCuFeNiSi涂层中BCC相的生成,其截面平均硬度提高至321HV0.2;TiC颗粒的弥散强化作用使得CoCrCuFeNiSi/TiC涂层的截面平均硬度进一步提升至493HV0.2。涂层的摩擦磨损试验结果表明,CoCrCuFeNi涂层室温和700℃的体积磨损率分别为0.46×10-4mm~3·N-1·m-1、0.27×10-4mm~3·N-1·m-1,均远低于相同磨损条件下的316不锈钢基体材料;由于Si元素的添加,CoCrCuFeNiSi涂层的室温体积磨损率降至0.35×10-4 mm~3·N-1·m-1;CoCrCuFeNiSi/TiC复合涂层的室温体积磨损率为0.22×10-4mm~3·N-1·m-1,与CoCrCuFeNiSi涂层相比,耐磨性显著提高。CoCrCuFeNiSi/TiC涂层1000℃的高温氧化试验表明,在10-100 h氧化过程中,涂层表面物相主要为尖晶石类复合氧化物。随着氧化时间增加,尖晶石晶粒长大,最终在涂层表面形成了致密的氧化膜。涂层的氧化增重曲线呈抛物线规律,Kp为3.06mg~2·cm-4·h-1,具有较好的抗氧化性能。CoCrCuFeNi涂层的超声冲击试验表明,处理后涂层内部孔隙显著减少,致密度大大提高;涂层表面晶粒尺寸随冲击强度增加而减小,晶格应变随冲击强度的增加显著增大。在0.06 s·mm-2的冲击强度下,涂层截面的平均硬度达到395HV0.2,室温体积磨损率降至0.18×10-4mm~3·N-1·m-1,与喷涂态涂层相比,性能得到大大提升。
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