激光熔覆Mo0.5VNbTiCr0.25难熔高熵合金涂层及组织性能研究

作     者：吴精诚 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵时璐;马国峰

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：难熔高熵合金 涂层 激光熔覆 耐磨性能 耐腐蚀性能 

摘      要：锆合金包壳作为核燃料堆与外环境接触的第一道防线,常年受到内部的磨损和海水腐蚀等极端情况,极有可能出现合金失效和使用寿命降低等问题。因此,结合近20年的高熵合金发展和激光熔覆手段的创新点,在核用锆合金表面制备难熔高熵合金涂层来提高核燃料包壳的耐磨、耐腐蚀等性能,提升包壳材料的防护能力和使用寿命。本文研究了激光熔覆制备工艺对MoVNbTiCr难熔高熵合金涂层的成形质量、微观组织和性能的影响规律;为进一步提升涂层的成形质量和性能,通过时效热处理和激光重熔对激光熔覆后的涂层进行后处理,探究后处理方式对涂层组织和性能的影响。 （1）通过控制变量法调节激光工艺参数,在Zr-4合金表面制备出与基体结合良好且性能优异的MoVNbTiCr难熔高熵合金涂层。研究结果表明:在激光功率2400W、扫描速度6mm/s、搭接率为50%的激光参数下,能够获得无明显缺陷的高质量涂层,且能够显著提升基体的硬度。 （2）为消除激光熔覆后涂层内部产生的热应力,以及进一步提升涂层性能,分别对熔覆态的涂层进行了24h水淬时效热处理和激光重熔处理。在XRD检测中,熔覆态的涂层相结构与MoVNbTiCr合金粉末一致,为单一的体心立方（BCC）结构,经过激光重熔和时效热处理后的涂层中均检测到BCC和密排六方（HCP）相结构;在SEM检测中,时效热处理后的涂层内部分布着大量的枝晶和少量的柱状晶和等轴晶,激光重熔后的涂层内部组织发生了转变,由大量的柱状晶和少量的枝晶组成;综合XRD和SEM的检测结果,经过时效热处理和激光重熔处理后的涂层中的HCP相为基体中的Zr元素扩散到涂层内部,形成的具有HCP结构的α-Zr相。 （3）分析了熔覆态、时效热处理和激光重熔处理后的MoVNbTiCr难熔高熵合金涂层的性能,确定了激光重熔后的涂层机械性能最佳。激光重熔处理后,涂层的硬度最大,约为基体的两倍,达到526HV;涂层的耐磨性最好,摩擦系数最低,磨损深度最浅,磨损机制为粘着磨损、氧化磨损和蠕变磨损;涂层的耐腐蚀性能最好,自腐蚀电压为-0.514（±0.026）V,腐蚀电流为3.764（±0.188）×10μA/cm。