论文部分内容阅读
高熵合金拥有许多优异的性能并有潜力成为新型的涂层材料。等离子喷涂-物理气相沉积(Plasma spray-physical vapor deposition,PS-PVD)是20世纪末开发出来的一种新型热喷涂技术,现已成功用于热障涂层、透氧过滤涂层、核反应堆壁涂层等功能涂层的制备,并有望进一步拓展其应用领域,制备出更高性能的涂层。本文采用PS-PVD技术在不同参数条件下制备了等摩尔比AlCoCrFeNi高熵合金涂层,采用抛光的316L不锈钢基板收集了不同参数沉积的高熵合金颗粒,以分析工艺参数与涂层沉积行为的关系。采用激光粒度仪、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对高熵合金粉末的粒度以及涂层的形貌、成分、物相、显微组织进行了分析与表征,测试了高熵合金涂层的结合强度、硬度、耐磨性能和高温氧化性能,并探讨喷涂电流和喷涂距离等PS-PVD工艺参数对涂层组织结构和性能的影响。研究结果表明:AlCoCrFeNi高熵合金粉末的物相为BCC相和B2相,其平均颗粒直径为22.567μm,平均晶粒尺寸为36.52 nm。采用PS-PVD制备的高熵合金涂层由BCC相、B2相和FCC相组成,其晶粒尺寸相较于喷涂粉末有所减小。AlCoCrFeNi高熵合金粉末颗粒在喷涂沉积的过程中经历了加热熔化、飞行雾化以及碰撞沉积三个阶段,其沉积到316L不锈钢基板表面后呈现的形貌主要为圆盘状和向日葵状,并且其边缘外围出现了较多的“触角”状形貌,表明其具有明显的液相沉积特点。当喷涂距离为475 mm时,随着喷涂电流的增大,高熵合金涂层的结合强度先提高后降低,表面显微硬度先减小后增大,磨损率呈现先增大后减小的趋势。当喷涂电流为1800A时,涂层的结合强度随着喷涂距离的增大而提高,表面硬度则先减小后增大,磨损率则逐渐下降。当喷涂电流为1800 A、喷涂距离为550 mm时,涂层的结合强度与表面硬度最高,分别为71.5±2.1 MPa与526±17 HV,并表现出良好的耐磨性能,其体积磨损率为(1.72±0.14)×10-4mm3/(N·m)。随着喷涂电流与喷涂距离的提高,高熵合金涂层的氧化总增重及其平均氧化速率均呈现出先下降后上升的趋势。综合来看,当喷涂电流为1800 A、喷涂距离为475 mm时,高熵合金涂层具有良好的综合性能。在该工艺参数下,涂层的平均沉积速率为14.25~15.58μm/次,涂层厚度为179±8μm,并具有较高的结合强度(49.5±0.7MPa)。该工艺制备的涂层表现出了良好的抗氧化能力,涂层表面形成了以α-Al2O3为主要成分的氧化膜,在800℃、900℃、1000℃的平均氧化速率分别为0.045 g?m-2·h-1、0.075g?m-2·h-1、0.115 g?m-2·h-1,在800℃与900℃下表现出了完全抗氧化的能力,在1000℃下则为抗氧化级别。