【能场复合激光表面改性】中国科学院宁波材料所张咪娜副研究员等：超声振动对激光熔覆高熵合金涂层组织与耐磨性能的影响

科技 2024-08-22 17:23 重庆

超声振动对激光熔覆高熵合金涂层组织与耐磨性能的影响.pdf

为研究超声振动对高熵合金涂层的裂纹抑制机理与力学性能影响，本文采用自主设计的超声振动平台开展试验。使用激光共聚焦显微镜观察高熵合金涂层的截面形貌，对比超声添加前后裂纹的数量以及分布情况。采用扫描电镜、X射线衍射仪等测试设备，探究添加超声前后涂层的微观组织转变、元素分布趋势与晶粒尺寸等。借助显微硬度仪与往复摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度与耐磨性。发现超声振动作用下，熔池的润湿角发生变化，截面由半圆状变为椭圆状。超声振动显著细化涂层的晶粒，破碎的柱状晶增加了凝固晶核的数量，同时促进了FCC相在晶界处的析出。FCC析出相形成“网状”结构，增强了晶界处吸收应力的能力，有助于抑制涂层中裂纹的扩展。涂层显微硬度由503HV0.5提升至526HV0.5，室温摩擦因数由0.669下降至0.586，摩擦曲线更加平稳。添加超声振动后，涂层的磨损机制为磨粒磨损与氧化磨损。说明超声振动产生的空化效应与声流效应减小了熔池的温度梯度，细化了晶粒，抑制了裂纹在晶界处扩展。添加超声振动后，涂层的力学性能与摩擦性能得到提升。

关键词：超声振动；高熵合金；激光熔覆；裂纹抑制；微观组织；耐磨性能

论文配图

AlCoCuFeNi高熵合金粉末微观形貌与元素分布

添加超声振动前后高熵合金涂层XRD图谱

添加超声前后高熵合金涂层不同位置微观组织的SEM形貌

添加超声振动前后涂层摩擦性能变化

添加超声振动前后涂层磨痕元素含量图谱

结论

本文在激光熔覆AlCoCuFeNi高熵合金涂层的过程中，采用自主设计的实验平台，添加了底部超声振动，对比了超声振动添加前后涂层的宏观形貌、物相组成、微观组织与晶粒形态的变化，研究了超声振动对高熵合金涂层显微硬度与室温摩擦性能的调控机制，得出如下主要结论：

1）超声振动作用下，涂层的宏观形貌发生变化，高频振动减小了熔池与基板的接触角，涂层截面由半圆状变为椭圆状。原始涂层中，搭接处存在贯穿涂层的裂纹；添加超声振动后，涂层连续性好，搭接处形成良好的冶金结合。

2）超声振动产生的声流效应改变了熔池的流动模式，搅拌作用使得温度梯度减小，涂层中密集的树枝晶被抑制。空化效应产生的微冲击波与瞬时高温打断了涂层内部的柱状晶，破碎的柱状晶增加了凝固晶核的数量，晶粒细化显著。熔池温度梯度的变化与晶粒细化增加了FCC相的析出，在涂层搭接处以“网状”形式分布，抑制了裂纹的扩展。

3）超声振动作用下，涂层的力学性能得到提升。平均显微硬度由503HV0.5提升至526HV0.5。涂层的摩擦因数减小，曲线波动幅度减小，摩擦因数由0.669减小至0.586。超声振动引起的FCC析出相减少了涂层摩擦过程中的微裂纹，晶粒的细化提升了涂层的磨损性能，磨损机制未发生变化，均为磨粒磨损与轻微氧化磨损。

引文格式

张咪娜, 王以珅, 王大锋, 等. 超声振动对激光熔覆高熵合金涂层组织与耐磨性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(13): 22-32.

ZHANG Mina, WANG Yishen, WANG Dafeng, et al. Effect of Ultrasonic Vibration on Organization and Wear Resistance of Laser Cladding High Entropy Alloy Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(13): 22-32.

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审核|汪潇

编辑|邓李旸

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