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SiC添加量对CoCrFeNi高熵合金涂层组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第6期49卷 198-205页

作者：蒋廷普孙荣禄牛伟杨佳伟天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

通过RFL-C1000光纤激光器在45钢表面制备不同SiC添加量(0%、5%、10%、15%)的CoCrFeNi高熵合金涂层,采用OM、XRD、SEM和EDS分析涂层的宏观形貌、微观组织以及摩擦磨损形貌,并利用显微硬度计和摩擦磨损测试仪测量涂层的显微硬度和摩擦磨... 详细信息

通过RFL-C1000光纤激光器在45钢表面制备不同SiC添加量(0%、5%、10%、15%)的CoCrFeNi高熵合金涂层,采用OM、XRD、SEM和EDS分析涂层的宏观形貌、微观组织以及摩擦磨损形貌,并利用显微硬度计和摩擦磨损测试仪测量涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,SiC添加量为0%、5%、10%和15%涂层在第一道均略有突出,之后涂层的厚度较为平整。0%SiC涂层组织为单一FCC相,5%SiC涂层组织包含FCC树枝晶和富含C和Cr的枝晶间组织,10%SiC涂层包含FCC基体和(Cr,Fe)_(7)C_(3),15%SiC涂层中包含BCC基体和条状或颗粒状的(Cr,Fe)_(7)C_(3)。随着SiC添加量的增大,高熵合金涂层的显微硬度和摩擦磨损性能逐步升高。当SiC添加量为15%时,高熵合金涂层的性能最优,平均显微硬度为1329.56 HV0.3,磨损量仅为0.8 mg。

关键词：激光熔覆高熵合金 FCC BCC 显微硬度摩擦磨损性能

Mo含量对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)高熵合金涂层组织与性能的影响

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表面技术 2024年第3期53卷 170-178页

作者：杨佳伟牛伟孙荣禄张连旺马世忠蒋廷普天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

目的研究Mo含量的变化对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)高熵合金涂层的影响。方法使用RFL-C1000光纤激光器,在45钢基体表面制备CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)高熵合金涂层,并利用Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪、显微硬度仪、电化学工作站对熔覆层的宏观形貌与稀释率、相结构、微观组织结构、硬度、耐腐蚀性能进行测试与分析。结果加入Mo元素后,结合状态与表面形貌良好,当x=0~0.4时,涂层微观组织主要呈树枝晶形态,且晶粒逐渐变细。当x≥0.6时,涂层表面开始有裂纹产生。随着Mo元素的添加,涂层逐渐析出σ相,晶粒尺寸逐渐减小。当x=0.8时,有共晶组织形成。涂层显微硬度随Mo元素的增加而增加,但由于x=0.8时出现较多裂纹,裂纹的出现影响了涂层硬度,导致x=0.8时的硬度减小。当x=0.6时,涂层平均显微硬度最高,达到了959.69HV0.3,约为CoCrFeNiW_(0.6)涂层平均硬度的20.32%。当x=0~0.6时,涂层耐腐蚀性能随着Mo元素含量的增加逐渐提升。当x=0.8时,耐腐蚀性能变差,其原因是裂纹的出现以及σ相的形成使得涂层耐腐蚀性变差。在x=0.6时,涂层耐腐蚀性能最好。结论Mo元素的加入使得涂层微观组织出现σ相,同时有细化晶粒的作用,可以显著改善涂层的硬度以及耐腐蚀性。

关键词：高熵合金激光熔覆涂层 CoCrFeNi Mo 微观组织显微硬度耐腐蚀性能

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高性能镁合金增材制造技术研究进展

机械工程学报 2024年第7期60卷 385-400页

作者：郑洋赵梓昊刘伟余政哲牛伟雷贻文孙荣禄天津工业大学航空航天学院天津300387 天津市现代化机电装备技术重点实验室天津300387 中国民航科技产业化基地天津300308 天津工业大学机械工程学院天津300387 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095

镁合金在航空航天、轨道交通、新能源、生物医用等领域具有广阔应用前景,增材制造技术(Additivemanufacturing)的发展为成形复杂结构的高性能镁合金构件提供了可能。然而,镁合金熔沸点低、蒸气压高、氧化性强的特点易使增材制造构件内... 详细信息

镁合金在航空航天、轨道交通、新能源、生物医用等领域具有广阔应用前景,增材制造技术(Additivemanufacturing)的发展为成形复杂结构的高性能镁合金构件提供了可能。然而,镁合金熔沸点低、蒸气压高、氧化性强的特点易使增材制造构件内部形成孔隙、裂纹、夹杂物等缺陷,导致增材制造镁合金的应用水平远远落后于高温合金、铝合金、钛合金等材料,开发适用于镁合金的增材制造技术并通过材料改性与工艺优化减少冶金缺陷是突破增材制造镁合金应用瓶颈的关键。镁合金增材制造技术主要有激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)、电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)以及搅拌摩擦增材制造(Friction stir additive manufacturing,FSAM)和搅拌摩擦沉积增材(Additive friction stir deposition,AFSD)。通过归纳梳理镁合金增材制造技术的研究现状与技术进展,总结了镁合金在不同增材制造技术成形过程中的数值模拟研究结果,对比分析了不同增材制造技术关键工艺参数对镁合金构件组织结构和力学性能的影响,并对镁合金增材制造技术未来的研究重点进行了展望。

关键词：增材制造镁合金数值模拟微观组织力学性能

硼铁粉含量对激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层性能及形貌的影响

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材料导报 2022年第8期36卷 127-132页

作者：谷米孙荣禄牛伟郝文俊左润燕天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

本工作目的为研究硼铁粉含量对45钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和性能的影响。利用激光熔覆技术在45钢基材表面制备了不同含量硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层,对涂层表面形貌、微观组织及截面形貌进行对比分析,并测定硬度... 详细信息

本工作目的为研究硼铁粉含量对45钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和性能的影响。利用激光熔覆技术在45钢基材表面制备了不同含量硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层,对涂层表面形貌、微观组织及截面形貌进行对比分析,并测定硬度及耐磨性。结果显示:添加适量的硼铁粉能够改善AlCoCrFeNi涂层表面质量,细化组织。当添加3%~4%(质量分数,下同)硼铁粉时,涂层表面质量提高;当硼铁粉含量为5%~6%时,涂层成型质量变差,裂纹增加并出现了少量根瘤组织。适量添加硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层较不加硼铁粉的涂层硬度和耐磨性都有明显提高。当硼铁粉含量为4%时,涂层获得最佳的表面形貌和较优异的显微硬度和耐磨性,涂层表面质量最佳,未出现明显的根瘤和裂纹。

关键词：硼铁粉激光熔覆 AlCoCrFeNi 高熵合金

激光熔覆CoCrFeNiWx高熵合金涂层的组织及性能

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表面技术 2023年第3期52卷 429-437页

作者：马世忠孙荣禄牛伟谷米左润燕张连旺天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

目的研究W含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层组织及性能的影响。方法采用RFL-C1000光纤激光器在45#钢表面制备CoCrFeNiWx(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金涂层,利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计... 详细信息

目的研究W含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层组织及性能的影响。方法采用RFL-C1000光纤激光器在45#钢表面制备CoCrFeNiWx(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金涂层,利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等,对熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果熔覆层与基材之间的润湿性较好。随着W元素含量的增加,涂层由单一的FCC相转变为FCC相+μ相(Fe_(7)W_(6)、Co_(7)W_(6)),微观组织由胞状晶转变为树枝晶,晶粒尺寸减小,且在x=0.8时出现了明显的共晶组织和大量μ相沉淀。熔覆层的显微硬度随着W含量的增加而增大,x=0.8时,熔覆层具有最高的显微硬度,达到432.02HV0.3,约为基材硬度的2.1倍,为CoCrFeNi熔覆层硬度的2.2倍。x=0.6时,涂层磨损量最小,仅为CoCrFeNi涂层磨损量的30.85%,平均摩擦因数最低,约为0.311。随着W元素含量的增加,涂层磨损机制由黏着磨损和磨粒磨损转变为磨粒磨损。结论W元素的加入促进了μ相的生成,大幅提高涂层硬度,改善涂层的耐磨性能,强化机制为固溶强化、细晶强化和第二相强化。

关键词：激光熔覆高熵合金 W CoCrFeNi 微观组织显微硬度摩擦磨损性能

热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi高熵合金涂层组织与性能影响

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表面技术 2022年

作者：张连旺牛伟孙荣禄左润燕谷米马世忠天津市现代机电装备技术重点实验室天津工业大学机械工程学院

目的探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响，为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi高熵合金，利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温... 详细信息

目的探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响，为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi高熵合金，利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温度(热处理温度分别为600℃、800℃、1000℃)热处理，30分钟分别升温至600℃、800℃、1000℃，保温30分钟，后随炉冷却至室温。采用显微硬度仪、真空摩擦磨损试验机、LeicaDVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备对涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、显微组织、物相组成进行分析研究。结果未经热处理原始试样高熵合金涂层物相组成主要为BCC相，同时夹杂少量的(Fe，Mn)SiO相，经过不同温度的热处理后，(Fe，Mn)SiO逐渐分解，1000℃热处理后完全消失；CrSi、NiSi相析出且在一定温度范围内随热处理温度上升含量逐渐增加，BCC相衍射峰高度随着热处理温度的增加先升高后降低。结论热处理温度不同会影响涂层的综合性能的改变，热处理温度为800 ℃时合金的综合性能优于原始试样涂层，内部组织较为均匀，CrSi、NiSi等析出相含量最多且均匀分布在晶界处，涂层显微硬度最高达1347.4HV，摩擦系数基本稳定在0.19。当热处理温度达到1000 ℃时，CoCrFeNiSi高熵合金涂层呈单一的BCC相，这势必会对涂层性能产生一定影响。

关键词：热处理激光熔覆 Si 高熵合金显微组织显微硬度耐磨损性能

激光熔覆CoCrFeNiTi_(x)高熵合金涂层的组织与性能

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表面技术 2022年第3期51卷 363-370页

作者：左润燕孙荣禄牛伟郝文俊谷米李小龙天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

目的研究Ti含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层的组织和性能的影响。方法利用激光熔覆技术在45钢表面制备CoCrFeNiTi_(x)(x表示摩尔比值,x为0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金熔覆层,并通过Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射... 详细信息

目的研究Ti含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层的组织和性能的影响。方法利用激光熔覆技术在45钢表面制备CoCrFeNiTi_(x)(x表示摩尔比值,x为0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金熔覆层,并通过Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、电化学工作站等设备,对单道和多道熔覆试样的宏观形貌、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性能等方面进行分析研究。结果随着Ti含量的增加,熔覆层的稀释率逐步增大,涂层与基材之间的冶金结合性能变好,但表面的成形质量变差;熔覆层随着Ti含量的增加,由单一的面心立方(FCC)相变为面心立方(FCC)和体心立方(BCC)相混合;在Ti含量的增加过程中,熔覆层的组织由树枝晶变为没有明显方向的等轴晶,且晶粒趋于细化;熔覆层的硬度随着添加元素Ti含量的增加而逐步提高,当x=0.8时硬度值提高至502.39HV0.3;随着Ti含量的增加,熔覆层的腐蚀电位逐渐先向正方向移动,后向负方向移动,腐蚀电流密度先减小后略有增加。结论在CoCrFeNi合金体系中添加Ti元素,会导致熔覆层的成形质量恶化。Ti元素的加入可以促成体心立方(BCC)相的形成,且起到细化晶粒的作用,有效地提升了熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能。

关键词：激光熔覆高熵合金 Ti CoCrFeNi 宏观形貌显微组织显微硬度耐腐蚀性能

热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金涂层组织与性能的影响

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表面技术 2022年第12期51卷 340-349页

作者：张连旺牛伟孙荣禄左润燕谷米马世忠天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

目的探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金,利用高温炉加热方法对制得涂层进... 详细信息

目的探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金,利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温度(热处理温度分别为600、800、1000℃)的热处理,30 min分别升温至600、800、1000℃,保温30 min,后随炉冷却至室温。采用显微硬度仪、真空摩擦磨损试验机、Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备对涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、显微组织、物相组成进行分析研究。结果未经热处理原始试样高熵合金涂层物相组成主要为BCC相,同时夹杂少量的(Fe,Mn)2SiO4相,经过不同温度的热处理后,(Fe,Mn)2SiO4逐渐分解,1000℃热处理后完全消失;Cr_(2)Si、Ni_(4)Si相析出且在一定温度范围内随热处理温度上升含量逐渐增加,BCC相衍射峰高度随着热处理温度的增加先升高后降低。结论热处理温度不同会影响涂层综合性能的改变,热处理温度为800℃时合金的综合性能优于原始试样涂层,内部组织较为均匀,Cr_(2)Si、Ni_(4)Si等析出相含量最多且均匀分布在晶界处,涂层显微硬度最高达1347.4HV0.3,摩擦因数基本稳定在0.19。当热处理温度达到1000℃时,CoCrFeNiSi_(2.0)高熵合金涂层呈单一的BCC相,这势必会对涂层性能产生一定影响。

关键词：热处理激光熔覆 Si 高熵合金显微组织显微硬度耐磨损性能

激光熔覆CoCrFeNiW高熵合金涂层的组织及性能研究

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表面技术 2022年

作者：马世忠孙荣禄牛伟谷米左润燕张连旺天津市现代机电装备技术重点实验室天津工业大学机械工程学院

目的研究W含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层组织及性能的影响。方法采用RFL-C1000光纤激光器在45钢表面制备CoCrFeNiW(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金涂层，利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度...

目的研究W含量对激光熔覆CoCrFeNi高熵合金涂层组织及性能的影响。方法采用RFL-C1000光纤激光器在45钢表面制备CoCrFeNiW(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8)高熵合金涂层，利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等，对熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果W元素的加入使涂层与基材之间的润湿角变小，润湿性变好；随着W元素含量的增加，涂层由单一的FCC相转变为FCC相+μ相(FeW)，微观组织由胞状晶转变为树枝晶，晶粒尺寸减小，且在x=0.8时出现了明显的共晶组织和大量μ相沉淀；熔覆层的显微硬度随着W含量的增加而增大，x=0.8时，熔覆层具有最高的显微硬度，达到432.02HV，约为基材硬度的2.1倍，为CoCrFeNi熔覆层硬度的2.2倍；x=0.6时，涂层磨损量最小，仅为CoCrFeNi涂层磨损量的30.85%，平均摩擦系数最低，约为0.311；随着W元素含量的增加，涂层磨损机制由黏着磨损和磨粒磨损转变为磨粒磨损。结论W元素的加入可以改善涂层与基材之间的润湿性；促进μ相的生成；大幅提高涂层硬度，改善涂层的耐磨性能，强化机制为固溶强化、细晶强化和第二相强化。

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