【摘 要】
：
高熵合金一般由5～13种元素组成,且每种元素的原子百分比介于5%～35%,高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐蚀性和高的热稳定性等优异性能,是一种较为理想的涂层材料。本文采用激光熔覆技术在45#钢基体上制备了Al0.5CoCrFeNiTix（x=0.2,0.5,0.7）与CoCrFeNiMox（x=0.5,1.0,1.5）高熵合金熔覆层,并在CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层上采用离子渗硫技
【基金项目】
：
国家自然科学基金项目（5177010675）,高熵合金离子渗硫原位合成多元微纳米复合固体润滑膜层研究；
论文部分内容阅读
高熵合金一般由5～13种元素组成,且每种元素的原子百分比介于5%～35%,高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐蚀性和高的热稳定性等优异性能,是一种较为理想的涂层材料。本文采用激光熔覆技术在45#钢基体上制备了Al0.5CoCrFeNiTix（x=0.2,0.5,0.7）与CoCrFeNiMox（x=0.5,1.0,1.5）高熵合金熔覆层,并在CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层上采用离子渗硫技术制备复合硫化物固体润滑膜层。采用X射线衍射仪、光学显微镜、电子探针与摩擦磨损试验仪等对高熵合金熔覆层与硫化物固体润滑膜层的组织结构与摩擦学性能进行研究。Al0.5CoCrFeNiTi0.2高熵合金熔覆层的相结构为简单的BCC与FCC固溶体结构,随着Ti含量增加,相结构为简单BCC固溶体结构,晶格常数逐渐增大,晶粒逐渐细化。高熵合金熔覆层在与基体的结合处存在平面晶,熔覆层底部为具有明显生长方向的柱状晶,中部与上部为等轴晶。Al、Co、Cr、Ni元素在晶内和晶间的含量差异不大,Ti元素存在晶间偏析现象,Fe元素存在晶内偏析现象。CoCrFeNiMo0.5高熵合金熔覆层的相结构为单一的FCC固溶体结构,随着Mo含量增加,相结构为FCC与BCC固溶体结构,晶格常数逐渐增大,晶粒逐渐细化。高熵合金熔覆层在与基体的结合处存在平面晶,熔覆层底部的组织为具有明显生长方向的柱状树枝晶,中部与上部的组织为等轴晶。Co、Cr元素在晶内和晶间的含量差异不大,Mo元素存在晶间偏析现象,Fe、Ni元素存在晶内偏析现象。CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层经离子渗硫处理后在表面形成一层硫化物固体润滑膜层。CoCrFeNiMo高熵合金渗硫层为纳米级球形颗粒相互随机叠嵌所构成的多孔隙表面层,呈尖岛状结构,微区成分分析结果表明硫化物颗粒优先在熔覆层的晶粒内形成。对渗硫层的XRD与XPS分析结果表明CoCrFeNiMo高熵合金渗硫层的主要硫化物为CoS、FeS与MoS2,渗硫层晶粒尺寸为20.9nm。随着Ti含量的增加,Al0.5CoCrFeNiTix（x=0.2,0.5,0.7）高熵合金熔覆层的显微硬度由400HV0.2逐渐增加到600HV0.2,摩擦系数由0.471减小到0.455,磨损失重由0.0028g减小到0.0017g,Al0.5CoCrFeNiTix（x=0.2,0.5,0.7）高熵合金熔覆层的磨损机制均为黏着磨损,在摩擦磨损过程中高熵合金表面发生了氧化。随着Mo含量的增加,CoCrFeNiMox（x=0.5,1.0,1.5）高熵合金熔覆层的硬度逐渐增加,摩擦系数由0.330减小到0.274,磨损失重由0.0040g减小到0.0018g,CoCrFeNiMo0.5高熵合金熔覆层的磨损机制为磨粒磨损,CoCrFeNiMo1.0、CoCrFeNiMo1.5高熵合金熔覆层的磨损机制为黏着磨损,在摩擦磨损过程中高熵合金表面发生了氧化。CoCrFeNiMo0.5高熵合金熔覆层的塑性与750℃保温24小时的条件下的耐热氧化性要优于Al0.5CoCrFeNiTi0.5高熵合金熔覆层,因而CoCrFeNiMo0.5高熵合金熔覆层的摩擦系数低于Al0.5CoCrFeNiTi0.5高熵合金熔覆层的摩擦系数。相同摩擦磨损条件下,CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层摩擦系数为0.295,磨损失重为0.0024g,在磨损表面黏附有薄层脱落,磨损机制为黏着磨损,局部区域存在较严重的氧化。渗硫层摩擦系数为0.260,磨损失重仅为0.0005g,磨损表面存在轻微的擦伤,表面有硫化物颗粒的存在,氧化程度降低。硫化物固体润滑膜层易变形,避免摩擦副的直接接触,从而避免擦伤和粘着的过早发生,在摩擦力与热作用下,硫化物分解,产生活性硫原子向内扩散,形成硫元素影响区,并与熔覆层内的Fe、Mo等结合重新生成硫化物固体润滑相,继续发挥减摩润滑作用。虽然渗硫层厚度薄,但是次表层高硬度的CoCrFeNiMo高熵合金熔覆层的支撑作用以及硫元素影响区的作用,有效延长渗硫层的作用时间。
其他文献
随着社会的发展和制造业的不断进步,传统制造业已经难以满足人们的需求,特种加工技术应运而生,电火花加工技术作为其中的一个重要分支在加工难切削材料方面有着独特的优势,如何提高加工效率、降低电极损耗、提高加工工件表面质量一直是该领域学者们关注的问题。作为电火花铣削加工平台的重要部分,电火花铣削脉冲电源为电火花铣削加工提供能量。针对传统电火花铣削脉冲电源输出能量小且电能利用率低的问题,本文选定“高效节能电
电火花加工是目前应用最广泛的一种特种加工技术,由于其去除材料的方式不与工件接触,使其相比于传统加工具有很大的优势。但是,我国的电火花加工机床还存在着电能利用率低、加工质量差等缺点。本文针对这些缺点对电火花成型加工脉冲电源及其伺服系统进行了设计。提出了一种节能电火花成型加工电路,该方法复合了高压击穿回路与低压加工回路。高压小能量回路用于击穿放电通道,低压大能量回路进行加工。取消了限流电阻,大大提高了
二氧化钛（TiO2）具有非常稳定的物理化学性能、光稳定性能和光催化性能,被广泛应用到光降解污染物以及光解水制氢等光电催化领域。但是TiO2存在禁带宽度大,只能吸收紫外光,对可见光的敏感度很小。为了加宽TiO2的光吸收范围,增强其光电催化性能,对TiO2进行不同复合途径改性。二维半导体材料由于结构的原因与块体结构相比具有不同的性质,另外具有超薄、超轻和柔性等优秀特点,被学者们广泛关注。通过将二维半导
本论文在无模板剂、无表面活性剂情况下,采用一步水热法合成SnO2掺杂NaNbO3及硅藻土（简称为DE）,制得嵌入型纳米复合材料,该材料具有复合混装型结构（纳米针、纳米块和纳米颗粒）的特征。对所制备的粉体试样进行X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDX）、场粒子发射扫描电子显微镜观测（FESEM）和BET比表面积测试等物性结构表征。结果表明,水热时间、水热温度、碱度环境及复合试样配比对试样微观形貌、晶
在役焊接因具有修复时间短、环境污染小、经济效益显著等优势而日益得到重视。由于修复过程中管道内仍有高压油气运输,所以在役焊接修复存在较大技术难度,其中烧穿是首先要解决的问题。为了揭示烧穿失稳的本质,本文通过有限元数值模拟和分子动力学模拟相结合的方式,研究烧穿过程中焊接接头不同微区的力学性能,揭示其在服役条件下失效的微观动力学行为,从微观上阐明烧穿失稳的动态演化过程。同时,研究了微缺陷对管道微观力学性
通过制备固体润滑涂层可有效解决由摩擦磨损造成的机械、材料等失效问题。采用激光熔覆-离子渗硫复合处理技术制备的固体润滑涂层能够降低材料表面的摩擦系数,提高工件的使用寿命,但当前研究多集中于Fe S、Mo S2等金属硫化物膜的制备,侧重润滑薄膜的微观表征、摩擦磨损性能等,对硫化物薄膜的形成机理没有深入研究。本文采用激光熔覆技术制备镍基合金熔覆层和铁基合金熔覆层并在不同熔覆层表面进行离子渗硫,渗硫实验中
铜及铜合金因其良好的导热性和较好的耐蚀性被广泛应用于空调、制冷等行业。某制冷设备中的冷却系统需要将黄铜分液器与紫铜分流管进行焊接,长期以来主要应用火焰钎焊的方法进行连接。该方法工人劳动强度大、工作条件恶劣、生产成本高、产品质量不稳定。对于上述问题,本文改进钎焊工艺技术,采用高频感应钎焊替代火焰钎焊,并分析焊接过程中工艺参数对焊接接头组织和性能的影响,为实现紫铜分流管和黄铜分液器高质量的焊接生产提供
因为长期暴露在外部环境中,材料的磨损和腐蚀等通常是从材料的表面开始的,而表面损伤或者破坏会影响材料的综合使用性能。因此,采用各种表面处理技术改善材料的表面性能有着十分重要的意义。作为一种表面改性方法,金属材料表面纳米化是在材料的表层制备出纳米晶体结构,来提高材料的综合力学性能。但常见的表面纳米化技术对类似高温镍基合金这类高强高硬材料表面纳米化效果并不显著。结合电脉冲对材料微观结构、力学性能的影响,
非晶态合金又被称为“金属玻璃”,因其独特的原子排列结构,即长程无序、短程有序的原子排布状态,使其具有优异的力学、物理和化学性能。电火花沉积技术具有放电频率高、放电区域小、能量集中、加热和冷却速度快等特点,是一种极具发展潜力的非晶涂层制备技术。采用电火花沉积技术制备非晶涂层,不仅可以改善材料的表面性能,也可拓宽非晶合金的应用领域,具有广阔的应用前景。本文采用电火花沉积技术,以Fe-Cr-Ni固溶体合
液滴局部腐蚀是海洋大气腐蚀初期的典型腐蚀过程,然而液滴下金属的局部电化学动力学机制尚未澄清。本文重点研究了液滴与纯铁界面局部电极过程动力学及耦合机制,以查明液滴下纯铁局部腐蚀演变过程,这不仅有助于澄清海洋大气腐蚀初期局部腐蚀诱导机制,而且有助于深化局部腐蚀电化学基础理论的发展。本文首先设计了同心圆三电极阵列,并基于NI-PXI平台、数字万用表、高速转换开关、恒电位仪组建了局部电化学测试系统,建立了