韓 波,賀華波*

（1.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院,浙江 寧波 315211;2.浙江省零件軋制成形技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 寧波 315211）

高熵合金通常是由5種或5種以上等物質(zhì)的量比或近等物質(zhì)的量比的元素組合而成,打破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種金屬元素的構(gòu)造體系.高熵合金具有4 個(gè)核心效應(yīng),分別是熱力學(xué)中的高熵效應(yīng)、結(jié)構(gòu)中的晶格畸變效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)中的滯后擴(kuò)散效應(yīng)和性質(zhì)上的雞尾酒效應(yīng)[1-2].正是這些特點(diǎn)使其比傳統(tǒng)合金具有更好的性能,例如優(yōu)異的耐磨性、高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性、高延伸率、抗疲勞和斷裂性能,可用于生產(chǎn)各種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、模具等機(jī)械零件[3-5].

激光熔覆作為一種新型且高效的表面強(qiáng)化技術(shù),相比其他表面強(qiáng)化技術(shù),具有以下優(yōu)點(diǎn): 涂層能與基體形成良好的冶金結(jié)合,環(huán)保、簡(jiǎn)單、靈活、省材等[6-7],已經(jīng)成為制備高熵合金涂層主要的工藝方法.如劉昊等[8]通過(guò)激光熔覆技術(shù)成功制備了CoCrFeNiNbx高熵合金涂層,研究Nb 元素對(duì)涂層顯微組織和硬度的影響,隨著Nb 元素的增加,涂層中Laves 相含量逐漸增加,硬度先上升后保持穩(wěn)定,當(dāng)x=0.75時(shí)硬度達(dá)到最高.陳國(guó)進(jìn)等[9]通過(guò)激光熔覆制備了FeCoCrNiBx高熵合金涂層,隨著B(niǎo) 元素含量的增加,微觀組織結(jié)構(gòu)由單一的FCC相轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC 相和M3B 相,并且耐磨性也隨之升高.Liu 等[10]通過(guò)激光熔覆工藝制備CoCrFeNiWx高熵合金涂層,研究發(fā)現(xiàn)涂層具有W 相和FCC 金屬間化合物共晶組織.隨著W 含量的增加,涂層的顯微硬度顯著提高,并且涂層在600 ℃高溫條件下表現(xiàn)出良好的耐磨性.Yang 等[11]利用激光熔覆制備了FeCoCrNiMoSix,Si 含量的增加會(huì)促進(jìn)富Si 金屬間化合物的形成,可顯著提高涂層的硬度和耐磨性.

為獲得最佳性能的高熵合金涂層,很有必要對(duì)激光熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.激光熔覆工藝參數(shù)很多,如激光功率、掃描速度、送粉速率、光斑直徑等都會(huì)影響涂層成形質(zhì)量和性能[12].周子鈞等[13]研究了不同激光功率下FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金組織和性能,研究表明在1 400 W 功率下,涂層具有最佳的共晶組織且表現(xiàn)出最佳的耐磨性.Ren 等[14]研究了不同激光能量密度下FeCoNiCuAl高熵合金樣品的組織和性能,結(jié)果表明在高能量密度下,涂層凝固速度加快,析出相尺寸增大,樣品表現(xiàn)出更好的耐磨性.Zhang 等[15]研究了不同工藝參數(shù)的FeNiCoCrTi0.5涂層,研究發(fā)現(xiàn)隨比能的升高,樹(shù)枝狀和柱狀結(jié)構(gòu)尺寸增加,比能為72.22 J·mm–2時(shí)的耐磨性最好.根據(jù)以上研究結(jié)果可知,選擇合適的激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)提升涂層性能至關(guān)重要.

本研究在45 號(hào)鋼基體上通過(guò)激光熔覆制備了5 種不同激光能量密度下的等物質(zhì)的量比CoCrFe NiMo 高熵合金涂層,并對(duì)其物相種類、顯微組織、顯微硬度和摩擦磨損性能進(jìn)行了研究,進(jìn)一步優(yōu)化激光熔覆工藝參數(shù),使其耐磨性能最優(yōu),以期為激光熔覆CoCrFeNiMo 高熵合金涂層工藝參數(shù)的選擇提供參考和理論依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和準(zhǔn)備

采用氣體霧化法制備滿足實(shí)驗(yàn)要求的CoCrFe NiMo 等物質(zhì)的量比高熵合金粉末,表1 顯示了高熵合金粉末各元素質(zhì)量百分比.通過(guò)掃描電子顯微鏡(GeminiSEM 360)觀察高熵合金粉末形貌并統(tǒng)計(jì)粒徑分布范圍,如圖1 所示,高熵合金粉末基本呈橢圓或球形,經(jīng)統(tǒng)計(jì)粉末粒徑在15～55 μm 之間,且主要集中在20～35 μm 范圍內(nèi).本研究基材尺寸為100 mm×100 mm×20 mm.在激光熔覆之前對(duì)基材表面進(jìn)行打磨,并使用酒精進(jìn)行清洗,目的是去除表面雜質(zhì),改善表面粗糙度,增強(qiáng)涂層與基體的結(jié)合力.

圖1 高熵合金粉末

表1 CoCrFeNiMo 高熵合金粉末化學(xué)組成 %

實(shí)驗(yàn)采用激光器(RFL-C3000,銳科激光)、機(jī)器人(IRB2600,ABB)、水冷機(jī)(CWFL-3000,特域機(jī)電)制備高熵合金涂層,采用同軸送粉方式.在激光熔覆過(guò)程中,使用體積分?jǐn)?shù)99%氬氣輸送粉末,防止熔池被氧化,保護(hù)氣體流速16 L·min–1,送粉載氣流速為4.5 L·min–1.圖2 顯示的是激光熔覆工作原理.為了獲得多道連續(xù)的熔覆層,掃描方式采用單向掃描,單道平行熔覆層搭接率為50%.實(shí)驗(yàn)采用參數(shù)如下: 送粉速率0.6 r·min–1,光斑直徑3 mm,離焦量17 mm.為研究高熵合金在不同激光能量密度下微觀組織和性能,在實(shí)驗(yàn)前期,需要獲得成形質(zhì)量較好且沒(méi)有裂紋缺陷的高熵合金涂層.實(shí)驗(yàn)采用的激光功率分別為2 000、2 200、2 400 W,掃描速度分別為8、10、12 mm·s–1.

圖2 激光熔覆工作原理示意圖

激光能量密度E(J·mm–2)計(jì)算公式[16]:

式中:P為激光功率,W;D為光斑直徑,mm;v為激光掃描速度,mm·s–1.由式(1)計(jì)算獲得各實(shí)驗(yàn)條件下的激光能量密度見(jiàn)表2.

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及相應(yīng)的激光熔覆工藝參數(shù)

1.2 微觀結(jié)構(gòu)表征

實(shí)驗(yàn)前使用線切割機(jī)將樣品切割成10 mm×10 mm×3 mm 的規(guī)格,用于微觀結(jié)構(gòu)的表征和硬度的測(cè)量,然后在涂層表面分別按400、800、1 000、1 500、2 000 目的砂紙次序進(jìn)行研磨,最后用金剛石噴霧(粒度0.5 μm)機(jī)械拋光樣品.樣品拋光后還需用去離子水(pH=5.6～5.8)和酒精將表面沖洗干凈,并使用熱空氣吹干.采用X 射線衍射儀(XRD)對(duì)不同能量密度下的高熵合金涂層進(jìn)行物相分析,在XRD 測(cè)試中,使用Cu 靶Kα 射線進(jìn)行測(cè)試,掃描角度范圍為30°～90°,掃描速度為2°·min–1.樣品顯微硬度使用負(fù)載為100 g 的維氏硬度計(jì)(HV-1000)測(cè)量,加載時(shí)間15 s,為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性,對(duì)樣品進(jìn)行5 次重復(fù)測(cè)試,以獲取涂層表面的平均硬度值.利用王水(V(HCl):V(HNO3)=3:1)腐蝕劑對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕30 s 后,通過(guò)配備有能量色散光譜儀(EDS)的Gemini SEM 360 熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察所有樣品的微觀結(jié)構(gòu)演變.

1.3 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)

摩擦磨損實(shí)驗(yàn)樣品尺寸大小與微觀結(jié)構(gòu)表征相同(10 mm×10 mm×3 mm),實(shí)驗(yàn)前與微觀機(jī)構(gòu)表征一樣對(duì)涂層表面進(jìn)行磨拋處理.在往復(fù)球盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(Rtec,MFT-5000)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)溫度為室溫,磨損形式為干摩擦,實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:載荷10 N,摩擦磨損時(shí)間30 min,往復(fù)頻率為4 Hz,每次磨損的滑動(dòng)距離為3 mm,使用直徑為6 mm的Si3N4作為磨球,記錄磨損過(guò)程中摩擦系數(shù)(COF).摩擦磨損實(shí)驗(yàn)后,利用白光干涉儀(Bruker,GT-X)觀察磨損痕跡截面輪廓及測(cè)量磨損體積,并拍攝三維磨損形貌,根據(jù)磨損體積計(jì)算其磨損率的大小,并用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磨損表面形貌并分析磨損機(jī)理.

2 結(jié)果與分析

2.1 涂層物相分析

圖3為不同激光能量密度下CoCrFeNiMo高熵合金X 射線衍射(XRD)光譜.從圖中可以看出不同激光能量密度合成的合金產(chǎn)物的XRD 曲線衍射峰基本相同,并不會(huì)改變相的類型,即不同激光能量密度制備的涂層衍射峰都是FCC 固溶體相和富含Mo、Cr 的金屬間化合物,并且FCC 固溶體相是主要的合金產(chǎn)物.通過(guò)PDF 卡片可以查出,FCC 相的衍射峰角度2θ約為43.494°、50.673°和74.539°,與FeNi 的衍射峰一致.根據(jù)前人的研究發(fā)現(xiàn)這種富含Mo、Cr 的金屬間化合物是σ 相,而σ 相屬于拓?fù)涿芏严?TCP),具有四邊形結(jié)構(gòu),且σ 相通常表現(xiàn)為硬且脆的特點(diǎn).σ 相的存在會(huì)使材料脆性加劇,但由于其較高的硬度,在一定含量范圍可提高材料耐磨性[17].進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)不同激光能量密度下衍射峰的強(qiáng)度存在較大區(qū)別,這也說(shuō)明生成合金產(chǎn)物的物質(zhì)組成雖然一致,但物質(zhì)的相對(duì)結(jié)晶度卻一直在改變中.

圖3 不同激光能量密度下FeCoNiCrMo 高熵合金XRD 衍射圖譜

2.2 涂層顯微組織觀察

不同激光能量密度高熵合金涂層的表面微觀結(jié)構(gòu)如圖4 所示.由圖可見(jiàn),其表面都具有典型的枝晶結(jié)構(gòu)組織,由枝晶間區(qū)(IR)和枝晶區(qū)(DR)組成.形成這種微觀結(jié)構(gòu)的原因可能是由于Mo元素熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于其他元素,打破了CoCrFeNi 元素中的平衡凝固狀態(tài).為確定枝晶間區(qū)和枝晶區(qū)各元素分布情況,對(duì)涂層微觀組織EDS 面掃.圖4 顯示了Fe、Co、Ni、Cr 和Mo 的元素分布,根據(jù)圖中EDS 結(jié)果,發(fā)現(xiàn)Mo 主要分布在枝晶間區(qū),Cr 均勻分布在晶體組織中,Fe、Ni 和Co 主要分布在枝晶區(qū).由于Mo 元素的原子半徑和熔點(diǎn)比其他元素要大,在激光熔覆快速冷卻過(guò)程中Mo的擴(kuò)散速度比其他元素要慢,導(dǎo)致Mo 元素在枝晶間區(qū)出現(xiàn)富集.進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Mo 與Cr 之間存在負(fù)的混合焓,Mo 元素的富集會(huì)導(dǎo)致枝晶間區(qū)容易產(chǎn)生富含Mo 和Cr元素的σ 相[18].根據(jù)XRD 和EDS 結(jié)果,推測(cè)枝晶區(qū)和枝晶間區(qū)相組成分別是富Fe 的FCC 相和富Mo 的σ 相.

圖4 不同激光能量能量密度微觀組織SEM 和EDS 面掃圖(半定量測(cè)試)

為具體了解各個(gè)區(qū)域成分含量,對(duì)枝晶區(qū)和枝晶間區(qū)的元素含量選取5個(gè)點(diǎn)平均測(cè)量(表3).雖然在不同激光能量密度下σ 相具有不同的形貌,但由表3 數(shù)據(jù)可見(jiàn),其主要成分都是Mo 和Cr 元素,其中Mo(枝晶間區(qū))質(zhì)量百分比為33%～34%,Cr 質(zhì)量(枝晶間區(qū))百分比為13%～14%,且發(fā)現(xiàn)Fe 元素在枝晶間區(qū)(32%～35%)和枝晶區(qū)(40%～45%)質(zhì)量百分比都明顯高于粉末原始比例(16.29%).原因主要是在激光熔覆過(guò)程中,基體與涂層之間會(huì)形成一條良好的冶金結(jié)合區(qū)域,且由于在較高激光能量照射下的基體具有較高稀釋率,使得大量Fe 元素從基材被稀釋到涂層當(dāng)中,從而使所有涂層中的Fe 元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論值[19].

表3 不同激光能量密度下高熵合金涂層不同區(qū)域元素的成分分析 %

2.3 顯微硬度

圖5 為不同激光能量密度下高熵合金涂層表面平均硬度折線圖.如圖5 所示,隨著激光能量密度的升高,涂層硬度先上升后下降,其中S2 高熵合金涂層表現(xiàn)出最高的硬度,最高值為419.8 HV(維氏硬度),而S5 高熵合金涂層具有最小硬度,為377.7 HV,并且高熵合金涂層的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于45號(hào)鋼基材(210 HV).涂層的高硬度(相對(duì)于基體)主要是由固溶強(qiáng)化和高硬度σ 相產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化共同作用所導(dǎo)致,并且激光熔覆的高冷卻速率特點(diǎn)可以細(xì)化晶粒,從而起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用[20].由于Mo 元素與其他元素相比具有較高的熔點(diǎn),在較低激光能量密度時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生未熔化粉末,而這些未熔化粉末顆粒分布在涂層表面,產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致涂層成形變差,從而降低了高熵合金涂層硬度,因此S1 的硬度低于S2.然而隨著激光能量密度的增加,涂層硬度逐漸下降,主要是由于涂層冷卻速率減慢,導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng),進(jìn)而導(dǎo)致晶粒尺寸變大,使涂層硬度降低.其次,過(guò)高的激光能量密度容易導(dǎo)致涂層深度、寬度和稀釋率的增加,從而可能使高熵合金涂層中的部分強(qiáng)化元素被稀釋到基體中,降低了高熵合金涂層硬度[21],并且過(guò)高的激光能量密度也會(huì)損害硬質(zhì)σ 相,甚至造成部分元素的揮發(fā).

圖5 不同激光能量密度下CoCrFeNiMo 高熵合金涂層表面平均硬度

2.4 摩擦磨損分析

2.4.1 摩擦系數(shù)與磨損率

在室溫干摩擦實(shí)驗(yàn)條件下,圖6 顯示不同激光能量密度下高熵合金涂層的摩擦系數(shù)曲線.在相同摩擦磨損實(shí)驗(yàn)條件下,摩擦系數(shù)與涂層表面粗糙度和微觀組織有關(guān).摩擦磨損實(shí)驗(yàn)通常分為磨合和穩(wěn)定磨損兩個(gè)階段.由圖6 可見(jiàn),在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)初期,磨損處于磨合階段,摩擦系數(shù)較小且波動(dòng)較大.原因是在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)初期,磨球與涂層表面接觸形式為點(diǎn)接觸,接觸面積較小,接觸表面較光滑,使樣品與磨球具有較低摩擦力.隨著摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,接觸表面開(kāi)始產(chǎn)生大量碎屑,并對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響,使摩擦系數(shù)逐漸升高.另一方面,表面粗糙度的變化導(dǎo)致接觸形式由點(diǎn)接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|,接觸面逐漸變大,使得摩擦系數(shù)在一定范圍波動(dòng),磨損趨于穩(wěn)定狀態(tài).從圖6 中還可以看出,S2 涂層的摩擦系數(shù)在所有樣品中最穩(wěn)定,而當(dāng)S1、S5 涂層處于穩(wěn)定階段時(shí),摩擦系數(shù)仍然出現(xiàn)較大幅度波動(dòng),可能是由于硬質(zhì)σ 相或者磨損碎屑的剝落引起的[22].

圖6 不同激光能量密度下的高熵合金涂層摩擦系數(shù)

根據(jù)摩擦系數(shù)曲線計(jì)算200 s 之后的摩擦系數(shù)平均值,S1、S2、S3、S4 和S5 的平均值分別為0.69、0.66、0.53、0.62 和0.61.

圖7 為不同激光能量密度下高熵合金磨痕縱向截面輪廓曲線,表4 為磨痕的幾何參數(shù).從圖7中可以發(fā)現(xiàn)隨著激光能量密度的提高,磨損痕跡的寬度和深度先降低后升高,S5 磨痕寬度和深度最大,最大深度7.5 μm,最大寬度565.7 μm.同時(shí)還發(fā)現(xiàn)S5 涂層的一側(cè)有比較明顯的黏著凸起現(xiàn)象,表明涂層抗磨損能力較弱,主要原因是由于硬質(zhì)σ相在涂層表面分布不均勻,導(dǎo)致涂層兩側(cè)硬度有偏差,從而一側(cè)出現(xiàn)更嚴(yán)重的磨粒磨損和明顯的塑性變形.由表4可見(jiàn),樣品S2具有最小的磨痕寬度和深度,最大深度4.7 μm,最大寬度440.5 μm,根據(jù)磨損輪廓,S2 表現(xiàn)出最佳的耐磨性能.

圖7 磨痕縱向截面輪廓線

表4 磨痕幾何參數(shù) μm

為進(jìn)一步探索材料的耐磨性,可利用白光干涉儀測(cè)量磨痕體積來(lái)計(jì)算不同樣品的磨損率大小.磨損率是分析涂層耐磨性的重要參數(shù),磨損率和耐磨性成反比,磨損率越小表示涂層耐磨性越好.

磨損率W(mm3·(N·m)–1)[23]計(jì)算公式:

式中:V為涂層磨損體積,mm3;F為法向載荷,N;L為總磨損距離,m.

圖8 為不同激光能量密度下高熵合金涂層的磨損率.由圖可知,高熵合金涂層耐磨性能從好到壞排序?yàn)镾2>S1>S3>S4>S5.根據(jù)Archard 定律可知,耐磨性通常與材料硬度成正相關(guān)[24],較高的顯微硬度提高了涂層的抗塑性變形能力,有效抵抗了磨球?qū)ν繉拥膿p壞.本文中磨損率與上述測(cè)量的顯微硬度變化規(guī)律一致,符合Archard 定律.由于S2 具有最小的磨損寬度、深度和磨損率,表明S2 具有最佳的耐磨性.

圖8 不同激光能量密度高熵合金涂層的磨損率

2.4.2 接觸表面形貌

圖9 為不同激光能量密度下高熵合金磨損形貌.從圖中可以看出不同激光能量密度下的涂層接觸表面均出現(xiàn)了許多沿磨損方向的犁溝,同時(shí)還存在一些磨損碎屑.在較高能量密度下,接觸表面聚集著由大量磨屑堆積形成的大面積黏著物.S2磨損形式中磨粒磨損占比較高,并伴隨少量黏著磨損,S1、S3 和S4 的主要磨損形式表現(xiàn)為磨粒磨損和黏著磨損,S5 表現(xiàn)為以大面積黏著磨損為主、磨粒磨損為輔的磨損機(jī)制.

圖9 不同激光能量密度高熵合金涂層磨損形貌SEM

涂層的顯微硬度和微觀組織是決定涂層磨損形貌和磨損體積的關(guān)鍵因素.S2 的磨損形貌相比其他涂層相對(duì)平整,表現(xiàn)出良好的耐磨性,接觸表面分布著平行磨損方向淺且窄的犁溝,并伴隨著少量的磨屑和剝落坑.由于S2 的高硬度,在摩擦副作用下,涂層中的硬質(zhì)σ 相顆粒在剪切力作用下被撕裂成磨屑,一部分從涂層上脫落,然后形成一些剝落的凹坑,另一部分磨屑則繼續(xù)以磨料顆粒形式黏附在涂層表面上,從而產(chǎn)生多條犁溝,形成磨粒磨損.S1、S3 和S4 磨損形貌相似,都存在一些犁溝和磨屑,但相比S2 涂層表面粘連著更多的磨屑.S5 接觸表面存在包括多條平行磨損方向且大尺寸的犁溝以及大面積的黏著物,表明涂層耐磨性較差.由于涂層硬度較低、抗剪切力能力弱,涂層表面容易產(chǎn)生塑性變形和磨損碎屑,脫落的磨屑和摩擦副連續(xù)擠壓滑動(dòng),導(dǎo)致磨屑轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀或?qū)訝?接觸表面上不斷聚集著大量磨屑,并隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,逐漸粘連在摩擦副上.磨損碎屑進(jìn)一步通過(guò)摩擦副附著在其他磨損區(qū)域,從而形成黏著磨損.結(jié)合上述S5 摩擦系數(shù)曲線穩(wěn)定階段出現(xiàn)大幅度波動(dòng),這與其磨損形貌存在大量磨屑的結(jié)果一致.

為了進(jìn)一步分析涂層磨損過(guò)程中的氧化磨損機(jī)制,以S2、S5 為例對(duì)接觸表面成分進(jìn)行分析.圖10 為S2 和S5 接觸表面EDS 圖,可以觀察到S2 磨損區(qū)域主要由灰色區(qū)域和黑色區(qū)域組成,涂層接觸表面O 元素含量較高,且O 元素大部分存在于黑色區(qū)域,只有少量分布在灰色區(qū)域.黑色區(qū)域可能是磨損過(guò)程中摩擦熱引起的氧化層[25],而氧化層可以有效地隔離摩擦副與涂層間的接觸,起到保護(hù)作用.在S5 磨損區(qū)域中,O 元素主要集中分布在黏著物中,表明高熵合金涂層在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了氧化反應(yīng).這主要是由于在高速摩擦過(guò)程中產(chǎn)生高溫,暴露的涂層容易與空氣中的氧氣接觸產(chǎn)生氧化磨損,其中脫落的磨屑會(huì)再次與氧氣發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生新的氧化磨損并且粘連在涂層表面.綜上所述,激光熔覆CoCrFeNiMo 高熵合金涂層的磨損機(jī)制主要緣于磨粒磨損、黏著磨損和氧化磨損共同相互作用.

圖10 接觸表面EDS 分析

3 結(jié)論

本文利用激光熔覆成功制備了高熵合金涂層,研究了不同激光能量密度對(duì)CoCrFeNiMo 高熵合金涂層物相種類、微觀組織、顯微硬度和耐磨性能的影響,獲得的主要結(jié)論如下:

(1)不同激光能量密度不會(huì)改變高熵合金相的類型,CoCrFeNiMo 高熵合金涂層由FCC 相和富含Mo、Cr 元素的σ 相組成.涂層的微觀組織呈現(xiàn)枝晶結(jié)構(gòu),枝晶區(qū)和枝晶間區(qū)組成分別是富Fe 的FCC相和富Mo的σ相.由于Mo元素熔點(diǎn)較高,使其富集在枝晶間區(qū),導(dǎo)致σ 相存在于枝晶間區(qū).

(2)隨著激光能量密度的升高,高熵合金涂層顯微硬度先上升后下降,能量密度較低時(shí)容易產(chǎn)生未熔化顆粒,能量密度較高時(shí)會(huì)使晶粒變大,并且損傷硬質(zhì)相.當(dāng)激光能量密度為66.7 J·mm–2時(shí),涂層硬度最大為419.8 HV.

(3)高熵合金涂層硬度與耐磨性成正比,激光能量密度為66.7 J·mm–2時(shí),涂層的高硬度提高了抗剪切能力,使其具有最佳的耐磨性.高熵合金涂層磨損機(jī)制是由磨粒磨損、黏著磨損和氧化磨損相互作用形成,并且在高能量密度下涂層表現(xiàn)出更多的黏著磨損.