等离子熔覆FCC+BCC高熵合金组织及其碳化物析出行为的研究

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目前,对高熵合金的研究主要集中在合金体系的探索、合金元素对显微结构和性能的影响,对含碳元素和强碳化物形成元素的高熵合金的研究鲜有报道。高熵合金具有较高的熵值,能够有效的抑制金属间化合物的形成,那么碳化物在高熵合金中的析出是否也会受到抑制,这需要加以研究。如果高熵合金组织中有碳化物析出,那么碳化物在组织中的析出规律也是研究的重点。因此,研究碳化物在高熵合金中析出行为具有重要意义。本文采用粉末等离子熔覆的方法在Q235钢基体上制备了FCC+BCC结构的高熵合金熔覆层,并在此基础上加入了强碳化物形成元素和碳元素,研究了碳化物在高熵合金中的析出规律。  AlCoCrCuFeNiMn高熵合金覆层物相为FCC+BCC相,组织呈枝晶结构,由枝晶和枝晶间两部分组成。加入V和C元素后,基体组织并没有明显的变化,组织中有VC析出,且大多在枝晶内部析出,VC的主要形态为多边形颗粒状、十字形枝晶状、长条状,并且随着V和C加入量的增多,碳化钒形态逐渐由多边形颗粒状变为十字形枝晶状和长条状,尺寸也不断增加。NbC的析出规律与VC相似,形态主要为多边形颗粒状、十字形枝晶状和长条状。  与高熵合金AlCoCrCuFeNiMn相比,碳化物增强的高熵合金熔覆层的硬度、耐磨性显著提高,当VC的摩尔比为0.4时,熔覆层的硬度达到53.5HRC,硬度提高了17.6%,熔覆层的耐磨性提高了4倍,耐磨性能达到了高铬铸铁的水平。同样,当NbC的摩尔比达到0.4时,熔覆层的耐磨性提高了3.5倍,耐磨性能达到了高铬铸铁的水平。  对AlCoCrCuFeNiMn(VC)0.3高熵合金熔覆层热处理后,熔覆层基体组织没有发生明显的变化,仍为树枝晶结构,枝晶间有σ相析出;当热处理温度低于900℃时,VC相的形态没有发生变化,当热处理温度达到1000℃时,VC相出现熔解现象,主要形态呈粗大的棒状结构和圆形颗粒状。熔覆层的硬度随着温度升高而先增大后降低,当热处理温度达到1000℃时,熔覆层硬度只下降了15.2%,高熵合金表现出了良好的抗高温软化性能。  对经过900℃热处理的AlCoCrCuFeNiMn(VC)0.3高熵合金熔覆层进行TEM观察,基体组织为枝晶内的BCC相,枝晶内有二次碳化钒析出,其尺寸大多在50~100nm,呈长条状,碳化钒与基体结合良好,没有缺陷,二次碳化钒与基体之间的取向关系为(220)VC//(1-10)BCC。
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