超声辅助激光熔覆TiC增强CrMnFeCoNi高熵合金涂层组织与性能研究

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激光熔覆CrMnFeCoNi高熵合金涂层被广泛应用于工业领域关键及易损部件的表面修复和强化中,然而随着相关领域综合实力的提升,对涂层的强度、耐磨性、耐腐蚀性等均提出了越来越高的要求。本研究提出采用超声辅助激光熔覆方法制备TiC增强CrMnFeCoNi涂层,以提升高熵合金涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。具体内容如下:(1)激光熔覆CrMnFeCoNi涂层工艺优化。基于控制变量法设计工艺方案,利用激光熔覆法制备不同工艺参数的CrMnFeCoNi熔覆层。从宏观形貌、微观组织、显微硬度、抗磨损和耐腐蚀性能等方面进行对比分析,获得涂层组织、性能与激光熔覆工艺参数间的对应关系。结果表明,采用1000 W的激光功率和6 mm/s的扫描速率制备的熔覆层具有较好的成形质量、良好的抗磨损和耐腐蚀性能。(2)激光熔覆TiC增强CrMnFeCoNi涂层组织及性能。当TiC含量为2 wt.%和4 wt.%时,TiC相在基体中表现为不同形状的第二相(长条形、圆形、方形和花瓣形等)。当TiC含量增加为7 wt.%时,TiC相间开始发生明显熔合,且随着TiC含量继续增加,TiC相间的熔合程度加剧。随着TiC的引入及含量增加,熔覆层的摩擦系数和磨损量表现为先降低后上升,高TiC含量的熔覆层中TiC强化相分布不均匀,导致存在局部易磨损区域。随着TiC相的引入,熔覆层的耐腐蚀性能显著降低,但随着TiC含量的增加,熔覆层的耐腐蚀性能又显著增加,TiC含量为10 wt.%的熔覆层的耐腐蚀性能与未引入TiC的熔覆层耐腐蚀性能相接近。(3)超声振动对激光熔覆TiC增强CrMnFeCoNi涂层组织性能影响。(1)不同超声振幅对TiC含量为4 wt.%涂层组织及性能的影响:随超声的引入及超声振幅的增强,高熵合金基相所对应的晶格常数逐渐增加,这与TiC固溶引起基相的晶格畸变有关;涂层中聚集的TiC相被逐渐分散,沿枝晶界横向铺展并向晶内伸展,呈网状覆盖整个测试区域,能够有效提升熔覆层抗磨损能力;涂层的耐腐蚀性能先增强后显著降低,耐腐蚀性能的降低与晶间腐蚀有关。(2)10μm振幅的超声对不同TiC含量涂层组织及性能的影响:随着超声的引入,不同涂层中TiC分布特性和生长形态不同,2 wt.%TiC涂层中TiC相沿枝晶界平铺扩展,4 wt.%TiC涂层中TiC相沿枝晶界铺展程度和铺展范围增大,部分TiC相之间相互连结呈鱼骨状,10 wt.%TiC涂层中仍有部分TiC相呈一定的块状团聚;不同TiC含量涂层的耐磨损性能均有显著增强,但10 wt.%TiC涂层中仍有部分区域出现黏着脱落,主要是由于超声作用未能将高含量的TiC相完全铺展开,导致强化相的覆盖面积有一定程度减小。10 wt.%TiC涂层的腐蚀速率仍较低,主要是由于部分TiC相仍表现为一定程度的块状聚合,能够避免晶间腐蚀,起到较好的耐腐蚀作用。
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