本文通过激光熔覆法在304不锈钢基体上成功制备了三种不同体系的高熵合金涂层,研究了高熵合金涂层组织及性能随Nb元素原子比、WC质量分数变化呈现出的特征及规律。实验的主要结论如下:

1AlCoCrFeNiNbxx=0,0.25,0.5,0.75,1.0)高熵合█金涂层与基体实现良好冶金结合,自身无裂纹气孔等缺陷,成型质量▽良好。AlCoCrFeNi高熵合金具有BCC单相结构,添加Nb元素〖后促使富ζNbLaves相析出,且其体积分数随Nb含︾量的增加而增加。此外,Nb元素的添加促进了共晶组织的形成,当x=0.75时,涂层具有完全共Ψ晶组织形貌,此共晶组织由层片状○的BCCLaves相交替生长而成。AlCoCrFeNiNbx高熵合金涂层的【硬度显著高于304不锈钢基体,这得益于添加Nb元素后※带来的三种强化效应:第一,晶粒尺寸变小带来的细晶强化,第二,硬质Laves第二▆相的生成起到的硬化效果,第三,较大原子半径的Nb原子进入BCC晶格带来的固溶╲强化。AlCoCrFeNiNbx高熵合金涂层硬度①随Nb含量增加呈上升ω 趋势。其中x=1.0时,涂层硬度最高达到826.6 HV,约为不锈◆钢基体的4倍。相比304不锈钢基体,AlCoCrFeNiNbx高熵合金涂层耐磨性均有大幅提高。随着Nb含量的增加,耐磨性先增高后降低,当x=0.75时,耐磨性最佳卐,约为基体的2倍。

2)研究AlCoCrNiNbxx=0,0.25,0.5,0.75,1.0)高熵合金涂层发现,304不锈钢基◤体中Fe元素会扩散至熔覆涂层顶端,但含量△较少,对组织影响不大。由此推断,来自基体中Fe元素的←扩散对含Fe系列AlCoCrFeNiNbx高熵合金涂层影响甚微【。对比AlCoCrFeNiNbxAlCoCrNiNbx两系列▆高熵合金涂层,发现其组织变化规律一致,均为单相到亚共晶再到共晶最后↓为过共晶。不同的是,随Nb含量增加,不含Fe系列组织变化速度稍快,当x=0.75时已经为过共晶组织。AlCoCrNiNbx高熵合金涂层与AlCoCrFeNiNbx高熵合金涂层硬度变化趋势一致,但前者硬度比』后者稍高,并且出现微裂纹。

3)为了进■一步寻找耐磨性更好的涂层材料,在AlCoCrFeNiNbx系列涂层中耐磨性最佳的Nb0.75合金中分别加入质量分数为10%15%20%25%WC颗粒。WC的加ㄨ入促使涂层中出现NbC金㊣ 属间化合物,其含量随WC含量增加而增♂加。此外,WC的加入使BCCLaves相趋于独立生长,共晶组织逐渐ぷ消退,当WC含量为20%时,共晶组织完全消失。AlCoCrFeNiNb0.75WCx高熵合金涂〗层硬度较高,约为基体的3.3~4倍。随WC含量的增加,涂层@ 硬度先上升后下降再上升。当WC含量为15%时,涂层硬度最高。AlCoCrFeNiNb0.75WCx高熵合金涂层耐磨性与基体相比均显著提高,且随着WC含量的增加,涂层耐磨性先增加□后减小。当WC含量为10%时,涂层耐磨性︻最佳,约为不含WC涂层的1.8倍,基体的3.6倍。