激光熔覆AlCoCrFeNiSi_x高熵合金及其织构涂层的组织性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Guihuaxuetu
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AISI 304不锈钢因其具有良好的韧性和优异的耐腐蚀特性,而被广泛的应用于机械制造行业。然而,在恶劣的环境中连续作业,关键的摩擦运动部件的接触表面得不到及时的润滑和维护,其表面磨损失效现象越发的严重,这不仅缩短了工件的使用寿命,而且还带来了极大的安全隐患。为了解决AISI 304不锈钢磨损性能差的问题,本文采用激光熔覆技术在其表面设计并制备了耐磨涂层,以期望改善AISI 304不锈钢的摩擦磨损性能。耐磨涂层的制备关键在于材料的选择和表面结构的设计。本文采用激光熔覆技术在AISI 304不锈钢基体表面熔覆AlCoCrFeNiSi高熵合金涂层,首先通过理论分析与实践操作的方法来找寻一组最佳的熔覆工艺参数,以期望实现涂层与基体良好的冶金结合,从而使涂层发挥出最佳的性能(硬度、摩擦磨损、电化学腐蚀等)。然后通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、高分辨率的透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等设备,研究了不同Si含量对AlCoCrFeNi高熵合金涂层显微组织和性能的影响规律。最后采用激光熔覆技术在AISI 304不锈钢的表面制备出软(AISI 304不锈钢)硬(高熵合金)交织条纹状的织构涂层,研究了硬质单元材料和分布间距对表面织构涂层摩擦磨损性能的影响规律。研究发现,当激光能量密度为143 Jmm-2时,高熵合金涂层表面无裂纹产生,涂层与基体呈良好的冶金结合。AlCoCrFeNiSix高熵合金涂层的相结构由无序的体心立方(BCC)Fe-Cr相和有序的体心立方(BCC)AlNi纳米相组成。当Si元素的含量为0.5时,高熵合金涂层的硬度达到最大值,其平均硬度为821.5 HV0.3。这主要是由于随着Si元素的增加,涂层的固溶强化、位错强化和细晶强化效应明显增强,其中位错强化对涂层硬度提高的贡献最大。在摩擦磨损过程中,高Si含量的涂层会生成具有润滑作用的SiO2和SiO的氧化膜,这极大的提高了涂层的摩擦磨损性能。在电化学腐蚀试验中,随着Si元素的增加涂层的耐腐蚀性能得到改善。在激光熔覆表面织构涂层的试验中,当硬质单元的分布间距一定时(2.5 mm),表面织构涂层的耐磨性和减摩性随着硬质单元硬度的增加而增强,在硬质单元材料一定时(Si0.5),表面织构涂层的耐磨性随着硬质单元的分布间距的增加而减弱,而减摩性随着硬质单元的分布间距的增加而增强。该论文共有图63幅,表16个,参考文献95篇。
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