【摘 要】
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激光熔覆作为一种新兴的表面改性技术,常用来改善金属材料的耐腐蚀性能。本文采用激光熔覆技术分别在45号钢和Ti6Al4V表面制备了AlCoCrxFeNi和AlCoCrxFeNiTi高熵合金(HEAs)涂层
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激光熔覆作为一种新兴的表面改性技术,常用来改善金属材料的耐腐蚀性能。本文采用激光熔覆技术分别在45号钢和Ti6Al4V表面制备了AlCoCrxFeNi和AlCoCrxFeNiTi高熵合金(HEAs)涂层。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),超景深光学显微镜(OM)和能谱仪(EDS)对涂层物相组成以及微观结构随x的变化规律进行了较为全面的研究。通过动电位阳极极化,交流阻抗实验,浸蚀实验和X射线光电子能谱分析,详细揭示了腐蚀行为随x的变化规律。1采用激光熔覆技术在45号钢表面制备了AlCoCrxFeNi(x=0.50、0.75、1.00、1.50、2.00)HEAs涂层。随着x的增加,涂层的稀释率逐渐增加。建立了涂层中各组分含量的估算模型,并在此基础上计算了混合熵(△Smix)、净驱动因子(?)(?=Tm?|△Smix/|△Hmix|)和原子尺寸差异(δ)三个参数,从而准确预测了涂层的相组成。x=1.00、1.50的涂层由具有面心立方(FCC)结构的单一固溶体组成。在x=0.50、0.75、2.00的涂层中,除了大量粗大枝晶外,还观察到少量细小的FeAl3等轴颗粒作为金属间化合物。涂层的耐蚀性能随着x的增加,先提高后下降。x=1.50的涂层的耐蚀性最好。在0.1 mol?L-1盐酸中,其自腐蚀电位更高(-0.2936 V),钝化电流密度更小(2.95E-4 A?cm-2),钝化电位范围更宽(0.30 V),击穿电位更加高(0.0930 V),电荷转移电阻也更高(3996.25??cm2)。涂层表面的钝化膜主要由NiO,CoO,FeO,Fe2O3,Al2O3和Cr2O3组成。热力学计算证实,Cr2O3在富含Cl离子的酸性溶液中极难溶解。说明Cr2O3对涂层耐腐蚀能力的提升以及对涂层钝化膜的稳定性起着决定性作用。热力学计算与动力学研究表现出良好的一致性。在3.5 wt.%Na Cl溶液进行的动电位阳极极化测试和交流阻抗测试,也证实x=1.50的涂层具有最佳的耐蚀性。2采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备了AlCoCrxFeNiTi(x=0、0.50、1.00、2.00)HEAs涂层。随着x的增加,涂层的稀释率变化不大约为70%。涂层的物相组成随Cr含量的增加呈规律性变化:Ti2Ni相不断减小,α(Ti)固溶体相不断增加,当x=2.00时整个涂层仅仅只有α(Ti)相组成,Ti2Ni相消失。这表明Cr元素的加入有利于促进涂层相结构朝着单一固溶体方向转变。涂层(x=0.50)在0.1 mol?L-1 HCl溶液中耐腐蚀性能最好。电化学测试和浸泡实验表明,在x=0.50时达到最大,然后下降,在x=2.00时又出现增加的趋势。这可能由于涂层中固溶大量的Cr提高了涂层的腐蚀电位,增强了钝化膜抵抗Cl离子侵入的能力。AlCoCrxFeNiTi高熵合金(HEAs)涂层II(x=0.50)的耐蚀性最为优异,此时涂层由α(Ti)相和Ti2Ni相双相结构组成,优异的腐蚀性归因于组织结构的均匀性以及耐蚀元素Cr的加入。此外,AlCoCrxFeNiTi高熵合金涂层磨损性能较Ti6Al4V基底有较大的提高。
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