【摘 要】
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高熵合金的独特设计理念突破了传统金属材料的局限,通过合理的成分设计能够兼顾合金的塑性与强度。对于FCC结构的高熵合金,其塑性较高,但硬度与耐磨性较差,很难作为防护涂层使用。通过添加其他合金元素或硬质颗粒,有望明显改善高熵合金涂层的力学性能。本课题以CrFeCoNi高熵合金为研究对象,分别采用等离子熔覆和等离子喷涂方法制备出CrFeCoNi-x TiC(x:质量分数,x=5、10、15wt.%)高熵
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高熵合金的独特设计理念突破了传统金属材料的局限,通过合理的成分设计能够兼顾合金的塑性与强度。对于FCC结构的高熵合金,其塑性较高,但硬度与耐磨性较差,很难作为防护涂层使用。通过添加其他合金元素或硬质颗粒,有望明显改善高熵合金涂层的力学性能。本课题以CrFeCoNi高熵合金为研究对象,分别采用等离子熔覆和等离子喷涂方法制备出CrFeCoNi-x TiC(x:质量分数,x=5、10、15wt.%)高熵合金复合涂层,旨在研究不同质量分数TiC陶瓷颗粒的添加对涂层微观组织与力学性能的影响,明确涂覆层的形成和强化机理。研究TiC的添加对CrFeCoNi熔覆层相生成和组织的影响,借助X射线衍射仪、电子背散射衍射分析添加TiC后熔覆层中相的组成,从热力学角度对生成相的判断和分析,并探讨TiC和析出相的增强机理。研究表明,熔覆层中TiC增强机制主要分两种,即溶解析出机制和第二相强化;熔覆层中纳米级TiC是由分解后的[Ti]和[C]原子结合而成,部分分解后的[C]原子与[Cr]原子结合成CrnCm。Co Cr Fe Ni-TiC熔覆层的维氏硬度随着TiC陶瓷颗粒的增加而增加,而磨损率随着TiC陶瓷颗粒质量分数的增加而减小。使用扫描电子显微镜、能谱仪分析不同质量分数TiC颗粒在熔覆层中的形貌演变过程,主要为纳米颗粒逐渐向花草状颗粒演变到最后的团聚状颗粒,这种转变的主要原因为TiC在高熵合金里的偏聚作用。研究TiC陶瓷颗粒对CrFeCoNi喷涂层组织与性能的影响,选用不同的处理温度,分析CrFeCoNi-TiC涂层热处理前后相组成、组织和性能上的影响。可以看到,TiC陶瓷颗粒的添加有效促进CrFeCoNi高熵合金涂层Cr O相的生成,涂层组织主要表现细条状。经过热处理的CrFeCoNi-TiC涂层依旧为FCC结构,热处理温度达到600℃时有效促进Cr O的生成,抑制FCC相,Cr O在涂层中体积分数达到最大。随着热处理温度升高到800℃,Cr O相受到抑制,在高温下能够有效促进TiC和FCC相的生成,涂层组织间白色区(富Co-Ni)、灰色区(富Fe-Cr)和黑色区(TiC)细条状互相扩散,组织由细条状逐渐粗化,涂层中孔隙率得到明显改善。研究发现,热处理后涂层硬度先增加后减小,Co Cr Fe Ni-TiC涂层的磨损率随着TiC陶瓷颗粒的添加而降低,温度为600℃时达到了最大值为570HV。
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