激光熔覆BCC基高熔点高熵合金复合涂层研究

摘要

为了制备高硬度、高耐磨性及良好高温性能的刀具涂层材料，采用激光熔覆技术制备了MoFeCrTiWAlNbx-(Al2O3)y高熔点高熵合金涂层。优化激光熔覆制备高熵合金的工艺参数；研究Nb元素和Al2O3含量对MoFeCrTiWAlNbx-(Al2O3)y（x=1,1.5,2,2.5,3;y=0.4,0.45,0.5,0.55,0.6；x和y为摩尔比）高熵合金涂层组织结构和力学性能的影响规律；最后探索了退火温度和保温时间对高熵合金涂层组织及性能的影响。获得主要结论如下： （1）激光熔覆制备MoFeCrTiWNb-(Al2O3)0.5高熵合金的最佳工艺参数为：激光输出功率P=2.2kW，扫描速度ν=5mm/s，预置粉末厚度h=1.0mm，光斑尺寸10mm×2mm。在此工艺下可制备出截面平整光滑、无裂纹和孔洞，与基材为良好的冶金结合的高熵合金涂层。 （2）研究了MoFeCrTiWNbx-(Al2O3)0.5(x=1,1.5,2,2.5,3,x为摩尔比，以下简称Nbx涂层)高熔点高熵合金的组织结构基性能。Nb1涂层组织呈现胞状晶，由BCC+FCC组成。随着Nb含量的增加涂层的组织由胞状晶向共晶转变，涂层的显微硬度逐渐升高，Nb1、Nb1.5、Nb2、Nb2.5和Nb3涂层的平均硬度分别为700HV0.2，710HV0.2，732HV0.2，775HV0.2，783HV0.2。摩擦系数和磨损量逐渐较小，Nb2.5涂层的摩擦系数均匀。涂层的磨损机制为粘着磨损和磨料磨损。 （3）Al2O3含量对MoFeCrTiWNbx涂层的组织和力学性能影响较大，y=0.5时，涂层为典型的共晶组织。当y＞0.5和＜0.5时，共晶组织的体积分数减少，涂层的硬度和耐磨性能下降；当y=0.6共晶组织变得粗大，涂层性能降低。通过Nb和Al2O3含量的调控发现，得出Nb和Al2O3的最佳添加量分别为x=2.5，y=0.5。 （4）MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)0.5高熔点高熵合金涂层在750℃经过4h和6h退火后，涂层中脱溶析出硬质的颗粒相，显微硬度和耐磨性能逐渐提升。750℃经过8h和10h退火后，部分共晶条状Laves相转变成树枝状，涂层的硬度和耐磨性能降低。 （5）MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)0.5高熔点高熵合金涂层在750℃、850℃、950℃和1050℃退火6小时涂层的相结构未发生明显变化，850℃退火涂层中少部分共晶条状Laves相变成短杆状组织，随着退火温度的升高，共晶Laves相的数量减少，短杆状组织越来越多。当温度为950℃时，涂层的显微组织中完全看不到典型共晶组织。涂层硬度和耐磨性随着退火温度的升高逐渐降低。

目录

第一章 绪论

1.1前言

1.2 高熵合金的基本概念

1.3高熵合金的四大特点

1.3.1 热力学：高熵效应

1.3.2 结晶学：晶格畸变效应

1.3.3 动力学：迟滞扩散效应

1.3.4 性能：“鸡尾酒”效应

1.4 高熵合金的组织结构

1.4.1 固溶体为基的组织

1.4.2 纳米晶组织和非晶组织

1.5高熵合金的性能特点

1.5.1 高强度、高硬度、高耐磨性

1.5.2优异的热稳定性

1.5.3 良好的耐蚀性

1.6 高熵合金研究现状

1.6.1 3d过渡族高熵合金

1.6.2高熔点/难熔高熵合金

1.6.3共晶型高熵合金

1.6.4高熵合金的制备方法

1.7激光熔覆制备高熵合金涂层

1.8 本文研究目的和研究内容

1.8.1研究目的及意义

1.8.2 主要研究内容

第二章 实验材料及试验方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验基体材料

2.1.2 高熵合金涂层粉末材料

2.2试验方法

2.2.1 试验技术路线

2.2.2 高熵合金涂层的激光熔覆制备及退火处理

2.3 涂层相结构与显微组织分析

2.3.1 相结构分析

2.3.2金相组织观察

2.3.3 SEM及EDS分析

2.4涂层力学性能表征

2.4.1 显微硬度测试

2.4.2 摩擦磨损性能测试

第三章 激光熔覆工艺参数优化

3.1 激光熔覆功率及扫描速度的优化

3.1.1正交试验

3.1.2 激光熔覆功率对表观质量的影响

3.1.3 扫描速度对涂层表观质量的影响

3.2最佳工艺参数对涂层质量的影响

3.3 本章小结

第四章 激光熔覆MoFeCrTiWNbx-(Al2O3)y高熔点高熵合金涂层

4.1 MoFeCrTiWNbx-(Al2O3)0.5高熵合金涂层的相结构和显微组织

4.1.1涂层的显微组织及微区成分

4.1.2涂层的物相

4.1.3涂层的凝固过程

4.2 MoFeCrTiWNbx-(Al2O3)0.5高熵合金涂层的力学性能

4.2.1涂层的显微硬度

4.2.2涂层的耐磨性能

4.3 MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)y 高熵合金涂层的相结构和显微组织

4.3.1 涂层的显微组织

4.3.2 涂层的物相

4.4 MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)y高熵合金涂层的力学性能

4.4.1涂层的显微硬度

4.4.2 涂层的耐磨性能

4.5 本章小结

第五章 激光熔MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)0.5高熵合金涂层抗高温软化性能研究

5.1 退火时间对MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)0.5高熵合金的影响

5.1.1涂层的显微组织

5.1.2涂层的物相

5.1.3 涂层的显微硬度

5.1.4 涂层的耐磨性能

5.2 退火温度对MoFeCrTiWNb2.5-(Al2O3)0.5高熵合金的影响

5.2.1涂层的显微组织

5.2.2涂层的物相

5.2.3涂层的显微硬度

5.2.4涂层的耐磨性能

5.3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录

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