激光熔覆CrCoNi中熵合金涂层的制备工艺与性能研究

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多组元合金是冶金学研究中的一种新型合金设计理念,它突破了传统合金设计理念对合金体系种类的限制,为设计具有优异性能的新型材料提供了广阔的发展空间,因此引起了科学界的广泛关注。其中,CrCoNi中熵合金是CrCoNi Fe Mn合金体系衍生的新型合金,因其具有目前已知最优异的低温断裂韧性而成为当今最引人注目的新型低温材料之一。然而,目前对它的研究多使用块体材料,制备方法局限于铸造和烧结,使得它的应用受到限制。激光熔覆技术作为一种新型表面修复改性技术,可有效抑制多组元合金中的相偏析,使得组织均匀致密,同时基材的稀释率低、熔覆层与基板的冶金结合良好,是在降低成本的条件下应用多组元合金优良性能的有效手段,具有十分广阔的应用前景。本文采用CrCoNi中熵合金作为研究对象,低温钢9Ni钢作为基板,采用同轴送粉的激光熔覆工艺制备出等原子比的CrCoNi中熵合金熔覆层,并使用正交法对工艺参数进行了优化。通过对其微观形貌及组织观察可知,熔覆层和基板结合良好,表面平整,成型良好,稀释率较小。熔覆层的微观结构为FCC单相,主要为柱状晶组织,稀释率小,无明显的成分偏析。耐腐蚀性能方面,通过对其在3.5wt.%的Na Cl溶液和0.5mol/L的H2SO4溶液两种测试环境下进行腐蚀的电化学行为及成分分析可知,CrCoNi中熵合金熔覆层在两种测试环境中均具有良好的抗腐蚀性能,主要腐蚀形式均为局部腐蚀,而对点蚀起到主要保护作用的元素均为Cr元素。全面腐蚀方面,在3.5wt.%的Na Cl溶液中钝化膜主要成分为Cr(OH)3,且稳定性受Cl-的影响很大,在0.5mol/L的H2SO4溶液中熔覆层的抗腐蚀性能十分优异,腐蚀电位为正,且在低电势呈现出电介质行为,这表明它很难在硫酸溶液中发生腐蚀。力学性能方面,去应力退火能有效提高熔覆层的显微硬度,热处理后的显微硬度范围大致在240-280HV之间。拉伸性能测试方面,由于激光熔覆过程中快速冷却引入了位错以及孪晶等变形,常温下熔覆层的拉伸性能可与比自身小一个晶粒度的完全重结晶的铸造样品的拉伸性能相比较,低温下则由于熔覆层晶粒度较大,性能提升相对不明显。冲击性能方面,熔覆层的冲击功随温度的降低而提高,无韧脆转变现象发生。
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