用高熵合金制備耐磨涂層

高熵合金是指由五個(gè)以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，形成高熵固溶體相的一類合金，其熱力學(xué)特點(diǎn)是混合熵高于合金的熔化熵。研究發(fā)現(xiàn)，高熵合金具有一些傳統(tǒng)合金所無(wú)法比擬的優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨耐腐蝕性、高熱阻、高電阻等，從而成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中繼大塊非晶之后一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

但是，從實(shí)用的角度看，目前高熵合金中所含的金屬元素大多價(jià)格較高，如鈷、鎳和鉻等，制備塊狀合金成本較高，這制約了塊狀高熵合金基材料的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。因此，以價(jià)格低廉的鋼為基體，制備高性能的高熵合金涂層逐漸被人們所關(guān)注，并已取得一定的研究成果。

從已有的研究成果看，激光熔覆，高速電弧噴涂和氬弧熔覆等表面技術(shù)比較適合用于高熵合金基涂層的制備，制備出的高熵合金涂層具有良好的應(yīng)用前景。例如，利用CO2橫流激光器成功制備出外加WC顆粒的FeCoCrNiCu高熵合金復(fù)合涂層。高熵合金涂層在加入WC后相組成仍是簡(jiǎn)單的面心立方和體心立方兩相。隨著WC含量逐漸提高，體心立方相含量逐漸增加，面心立方相含量逐漸減少。在激光熔覆過(guò)程中，外加顆粒WC完全溶入的面心立方和體心立方兩相中，未生成其他復(fù)雜碳化物。激光熔覆過(guò)程中的快速凝固條件有利于抑制枝晶和枝晶間的成分偏聚。隨著WC含量的增加，枝晶細(xì)化作用明顯，硬度增加。采用激光熔覆的方法也可以制備添加WC顆粒的FeCoNiCrB高熵合金涂層，在一定范圍內(nèi)，涂層的硬度和耐磨性能隨著WC含量的增加而提高。據(jù)報(bào)道，利用激光熔覆法在Q235鋼基體上制備AlCrFeCoCuNiTi高熵合金涂層，顯微硬度最大值達(dá)1013HV，約為基體硬度的5倍，相對(duì)耐磨性最大值為3.77，且具有優(yōu)異的耐蝕性。采用激光熔覆工藝在Q235鋼基體上制備FeCoCrNiB高熵合金涂層，熔覆涂層致密，沒(méi)有裂紋、氣孔，該涂層具備相當(dāng)好的抗高溫軟化性能，經(jīng)900℃、1000℃退火后，硬度僅分別下降約7%、9%。另?yè)?jù)報(bào)道，采用激光熔覆法在45#鋼基體上制備AlCoCrNiMo高熵合金熔覆涂層，成形性良好，涂層組織平均硬度為950~1250HV，在800℃以下硬度仍可保持700HV。在實(shí)際應(yīng)用方面，已有報(bào)道用激光熔覆技術(shù)在刀具表面制備了AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金熔覆涂層。該熔覆在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，熔覆涂層后的刀具表面硬度較高，摩擦因數(shù)較小，斷屑效果較好，被加工材料表面光潔度較高。

高速電弧噴涂和氬弧熔覆技術(shù)也成功用于高熵合金熔覆涂層的制備。例如，采用自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)用FeCrNiCoCu粉芯絲材制備了高熵合金熔覆涂層。該涂層在熱處理后表現(xiàn)出較為明顯的回火硬化特性，隨著熱處理溫度的升高，熔覆涂層的顯微硬度顯著提高，在500℃處出現(xiàn)極大值，耐磨性能比熱處理前有顯著提高。