激光熔覆FeCrNiMnSixMoy高熵合金涂层组织与性能研究

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传统意义上,合金作为结构材料广泛应用于各种场合,近年来,高熵合金突破传统合金瓶颈以其独特性能引起国内外学者的广泛关注,但是目前关于采用激光制备高熵合金的报道较少。为了获得性能优异的高熵合金涂层材料,本论文采用激光熔覆的方法在Q235钢表面制备FeCrNiMnMoSix、FeCrNiMnMox B0.5、FeCrNiMnMox Si0.5B0.5系高熵合金涂层,并利用光学金相显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、配有能谱仪扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、箱式电阻炉及多通道电化学工作站,分别研究了高熵合金涂层的微观结构、物相、组织成分、显微硬度、高温软化性能及腐蚀性能。对FeCrNiMnMoSix系高熵合金涂层分析结果表明,FeCrNiMnMoSix(x=0.2,0.4,0.6)高熵合金涂层组织主要为典型的树枝晶,当x=0.2时,涂层枝晶间中出现条状共晶组织,而随着Si含量的增加,条状组织消失。涂层的物相主要由FCC和金属间化合物构成,Si的添加促进了金属间化合物的形成,同时该系列高熵合金的显微硬度在500~800 HV0.2,且涂层的显微硬度随着Si含量的增加先降低后又有少许的增加。而经过800℃、1000℃退火后,涂层组织有稍微的长大,条状组织变为针状,涂层的物相变得简单,金属间化合物含量变少,而经退火,涂层的显微硬度均有所降低,但是下降的幅度不大,表现出较好的抗高温软化能力。针对模拟饱和盐水泥浆腐蚀溶液,FeCrNiMnMoSi0.2高熵合金涂层的自腐蚀电流(Icorr)为2.799 u A,明显低于基材和其他合金涂层,因此表现出较好的耐蚀性。同时针对FeCrNiMnMoSi0.2,对其在20℃、40℃、60℃的腐蚀液中进行极化和循环极化,结果表明,在20℃、40℃腐蚀液中同样表现出较好的耐蚀性,而在60℃的耐蚀性较差。对FeCrNiMnMoxB0.5系高熵合金涂层分析结果表明,FeCrNiMnMox B0.5(x=0,0.4,0.8,1)高熵合金涂层组织为树枝晶,分布少量的等轴晶,涂层的物相主要为FCC和少量硼化物,随着Mo元素的增加,涂层硼化物的衍射峰逐渐增强,同时涂层的显微硬度在300~650 HV0.2,而较添加Si时有明显的下降,电化学测试表明,没有添加Mo时的自腐蚀电流密度为10.408 u A,而当x=0.4,1时,Icorr分别为0.35 u A和0.633 u A,涂层中硼化物的形成提高了涂层的耐蚀性。对FeCrNiMnMoxSi0.5B0.5系高熵合金涂层分析结果表明,FeCrNiMnMox Si0.5B0.5(x=0,0.5,0.8)高熵合金涂层组织为树枝晶,物相主要也为FCC和少许的硅化物,涂层的显微硬度在400~650 HV0.2,且硬度分布比较平均,较单独添加B元素时,显微硬度有一定的提升,而较单独添加Si元素时,显微硬度有一定的下降,说明Si元素能够明显提高涂层的显微硬度,电化学试验表明,当x=0.8时,涂层在腐蚀液中的Icorr=1.629 u A,阻抗最大,循环极化图中出现负的迟滞现象,表现出较好的耐点蚀能力。针对FeCrNiMnMo0.8Si0.5B0.5在850℃、950℃、1050℃,退火5小时后发现,涂层主相没有发生明显变化,在1050℃仍然具有极高的硬度,说明FeCrNiMnMo0.8Si0.5B0.5在1050℃具有良好的抗高温软化能力。因此通过不断调配元素的的变化,综合比较FeCrNiMnMo0.8Si0.5B0.5高熵合金涂层性能最优。
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