STYLEREF标题21.研究背景及意义
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基于电流调控的高熵合金涂层创新制备与性能优化
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1.研究背景及意义 1
2.主要创新之处 2
3.实验内容与方法 2
3.1实验材料 2
3.2实验流程 2
4.结果及分析 3
4.1涂层相结构 3
4.2涂层表面显微组织 4
4.3涂层横截面显微组织 5
4.4涂层的成分分析 6
4.5涂层的显微硬度 6
4.6涂层的磨损性能 7
5.结论 9
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基于电流调控的高熵合金涂层创新制备与性能优化
1.研究背景及意义
在当代材料科学的广阔天地里，金属和它的合金在生活中始终占据着重要的地位，无论是日常生活还是社会进步，都离不开对合金材料的创新与发展。在合金材料演进的漫长历程中，传统合金制造的核心理念是在主要元素中掺入微量辅助元素，以此来达到特定的性能要求。尽管人们已经探索了以铁、铝、镍、铜、锌等为主的各种合金，但其合金元素种类单一、合金数量有限、性能有限。
因此高熵合金以其非凡的特质成为了研究的焦点。高熵合金与传统合金不同，它包含五个或更多的主要元素，高熵合金作为一种创新的材料，这种合金的特点在于其成分由多种元素以近似等量的方式混合而成，从而赋予了材料一系列卓越的物理和化学特性，包括但不限于极高的强度、硬度、耐磨损能力，以及在极端环境下仍能保持稳定的耐温性和抗腐蚀性。尤其是FeCoCrNiMo高熵合金，在极端温度条件下依然能够稳定发挥，使其在多个行业中成为了首选材料。
然而，尽管高熵合金在耐腐蚀方面的潜力巨大，相关的研究仍处于初级阶段，对其腐蚀机制和行为的理解还不够深入和完善。未来的研究需要更加深入地探索高熵合金在不同环境和介质中的腐蚀特性，以便更好地开发和应用这一具有革命性的材料，从而减少腐蚀带来的经济负担和安全隐患。在这样的背景下，FeCoCrNiMo高熵合金涂层凭借其在极端条件下的卓越稳定性，成为了科研人员关注的焦点。激光熔覆技术作为一种先进的表面工程技术，能够通过精细调节工艺参数，实现对涂层性能的精确优化。在这一过程中，电流的调控显得尤为关键，它直接关系到涂层的微观组织结构和整体的宏观性能。深入探究电流对高熵合金涂层微观结构的影响机制，以及如何通过电流调整来改善涂层的宏观性能，对于推动高熵合金涂层技术的进步至关重要。这不仅有助于提升涂层的耐用性、耐磨性和耐腐蚀性，还能为航空航天、能源、化工等领域的关键部件提供更为可靠的保护，从而满足日益增长的金融服务需求。
2.主要创新之处
电流调控优化涂层微观结构与性能：本研究首次提出通过调控电流大小实现FeCoCrNiMo高熵合金涂层晶体结构择优取向的精准调控，成功实现了从（111）到（200）晶面的转变。这种调控方法不仅显著提升了涂层的硬度和耐磨性，还为实现复杂工况下涂层性能的精准优化提供了新思路。
（2）高熵合金涂层的高质量制备与应用拓展：通过等离子堆焊技术成功制备出厚度超过2毫米、表面无裂纹的高熵合金涂层，具备优异的成形质量和机械性能，为其在机械零件中的广泛应用提供了可靠的技术支持。
3.实验内容与方法
3.1实验材料
采用等摩尔比Co、Cr、Fe、Ni、Mo粉末为原料借助等离子体堆焊技术在规格为20mm×20mm×4mm的20CrMo基体上制备了FeCoCrNiMo高熵合金涂层。
3.2实验流程
实验流程图如图1所示
图1实验流程图
将20CrMo作为本次实验的焊接母材，采用线切割将试样切割成尺寸为20mm×20mm×4mm。为降低焊接过程中可能出现气孔或者夹渣等缺陷的概率，导致合金的综合性能大大降低等问题，因此在堆焊前必须要将碳钢板进行打磨除锈及喷砂等处理。将等摩尔比的Co、Cr、Fe、Ni、Mo合金粉末输送到焊接位置。在这个过程中，高温迅速将合金粉末与基体表面加热至熔融状态，实现了两者之间的充分混合与深度扩散。随着温度的下降，熔融物质开始凝固，最终形成了一层具有良好性能的高熵合金层。电流分别为115A、135A、155A、175A、195A、215A以期待获得不同性能的涂层。涂层形成后，其厚度可达到1.5mm-2mm
在完成样品的镶嵌工序之后，接下来的步骤是对样品进行逐步打磨。首先，从#180号的砂纸开始，采用由粗至细的打磨策略，逐步提升打磨砂纸的精细度。经过打磨处理后，对样品进行了抛光，然后采用王水溶液进行腐蚀操作，以便更好地理解样品的内部构造。腐蚀过程完成后，立即用清水彻底清洗样品，去除残留的王水。接着，使用酒精进一步清洗样品，以确保无水渍残留。最后，利用吹风机的热风功能将样品彻底干燥。
完成上述准备工作后，将样品置于光学显微镜