【摘 要】
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高熵合金是合金化领域内的重大突破,相比较传统合金,高熵合金具有独特的多主元效应,其产生的高熵效应可以大幅度增强元素间的相容性,使高熵合金在快速凝固后可形成面心立方、体心立方等简单结构的固溶体。目前对于高熵合金的研究大多数集中于熔铸的块体材料,而熔铸又一定程度上约束了高熵合金块体材料的制备尺寸与冷却速率,此外高熵合金的成分中一般含有较为昂贵的元素(如镍、钴和钛等),这些因素会对高熵合金的制造成本产生
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高熵合金是合金化领域内的重大突破,相比较传统合金,高熵合金具有独特的多主元效应,其产生的高熵效应可以大幅度增强元素间的相容性,使高熵合金在快速凝固后可形成面心立方、体心立方等简单结构的固溶体。目前对于高熵合金的研究大多数集中于熔铸的块体材料,而熔铸又一定程度上约束了高熵合金块体材料的制备尺寸与冷却速率,此外高熵合金的成分中一般含有较为昂贵的元素(如镍、钴和钛等),这些因素会对高熵合金的制造成本产生较大的影响,因此在实际应用中要选取性价比更高的制备工艺。本文则采用激光熔覆工艺方法,由于激光熔覆是一种新型的表面改性工艺方法,相比较熔铸存在更多的优势,如快速熔化和快速凝固、降低对基材的热影响、熔覆层区域晶粒细小且分布均匀、优异的冶金结合、熔覆层宽度与高度可控等。本实验是在45#钢表面上有效取得FeNiMoCoCrTi高熵合金涂层,并在熔覆过程中运用正交试验对工艺参数激光功率、扫描速度和离焦量进行合理优化,利用数学极差与方差相结合分析对所测得参数数据进行整理与归纳,获得熔覆层高度、熔覆层宽度、熔池深度以及涂层硬度的最佳工艺参数组合,同时研究各工艺参数对涂层性能的影响,做好相关对比试验,给予45#钢表面熔覆技术中工艺参数优化的现实意义。在对FeNiMoCoCrTi高熵合金组织演变进行研究时,运用金属相变理论验证最优化工艺参数组合,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度试验等手段探究了高熵合金涂层的相结构、宏观形貌、微观形貌以及硬度等相关性能。研究结果表明:三因子中,影响FeNiMoCoCrTi高熵合金涂层性能的最主要的因素是激光功率和扫描速度,而离焦量主要影响涂层硬度,在离焦量小范围(30mm~50mm)内,激光功率与扫描速度对涂层性能的影响不大,主要起到辅助的作用。经过数据分析,工艺参数首选组合是激光功率3000W、扫描速度0.015m/s、离焦量50mm,在此条件下,熔覆层内没有较大的缺陷与孔洞,且熔覆层硬度值主要分布于871.2HV至1159.4HV之间,说明于该状态下可以有效提高45#钢表面硬度,另外熔覆层的微观组织主要是细小的树枝状晶体,结合区的显微组织则由平面晶向柱状晶与枝晶转变(奥氏体向马氏体),快速凝固过程使得涂层呈现较好的力学性能,其主要的相组成为FCC+BCC+Simple cubic1+Simple cubic2+Simple cubic3+Laves相,其中不同条件状态下,其相的组成也会发生变化。
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