Die slytasie-eienskappe en slytasiemeganisme van die MoNbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking voorberei deur laser bekleding tegnologie is bestudeer onder verskillende belastings (10 N, 20 N, 30 N), verskillende fretting slytasie amplitudes (50 μm, 150 μm, 250 μm) en verskillende siklustye (5 000, 10 000, 15 000). Die resultate toon dat die voorbereide MoNbTaVW vuurvaste hoë entropie legeringslaag saamgestel is uit Fe7Ta3 tipe HCP vaste oplossing fase, FCC vaste oplossing fase en (Fe, Ni) matriks fase, waarin die FCC fase ongesmelte hoë entropie legering poeier is. Volgens die ortogonale eksperimentele reeks analise het die fretslytasie-amplitude die grootste impak op die slytasievolume, die fretting slytasielas het die tweede grootste impak op die slytasievolume, en die fretting slytasie siklusgetal het die kleinste impak op die slytasievolume. Onder hulle bereik die slytasievolume van die MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag die maksimum waarde onder die slytasietoestande van 15,000 20 keer, 250 N en 10,000 μm; die fretslytasielas het die grootste impak op die wrywingskoëffisiënt, die fretslytasieamplitude het die tweede grootste impak op die wrywingskoëffisiënt, en die fretslytasiesiklusgetal het die kleinste impak op die wrywingskoëffisiënt. Onder hulle bereik die wrywingskoëffisiënt van die MonbTaVW vuurvaste hoë entropie-legeringslaag die maksimum waarde onder die slytasietoestande van 30 150 keer, XNUMX N en XNUMX μm. Die slytasiemeganisme van die MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking is hoofsaaklik oksidatiewe slytasie en kleefslytasie, en die slytasie wat deur slytasie geproduseer word, is hoofsaaklik Ta- en W-oksiede.

As 'n nuwe en gewilde materiaal het 'n hoë-entropie-legering 'n hoë hardheid, sterk oksidasieweerstand, uitstekende meganiese eienskappe, uitstekende slytasieweerstand en korrosieweerstand as gevolg van sy unieke ontwerpkonsep, hoë entropie, roostervervorming, stadige diffusie en skemerkelkie-effek. Vuurvaste hoë-entropie-legering is 'n nuwe soort multi-hoof-legering wat ontwikkel is op die basis van hoë-entropie-legering, hoofsaaklik saamgestel uit vuurvaste metaalelemente (smeltpunt hoër as 1650 ℃, soos Nb, Ta, Mo, W, V en ander elemente ). Vuurvaste hoë entropie legering het uitstekende sterkte, spesifieke sterkte, hoë temperatuur werkverrigting en meganiese eienskappe, en het wye toepassingsvooruitsigte. Vuurvaste hoë-entropie-legering verteenwoordig deur kwaternêre WTaNbMo en quinêre MoNbTaVW is die brandpunt in die navorsingsveld van vuurvaste hoë-entropie-legering.

As gevolg van sy hoë hardheid, hoë sterkte, goeie wrywingweerstand en korrosiebestandheid, het hoë-entropie-legeringsbedekking gou die fokus van coatingnavorsing geword. Hoë-entropie-legeringsbedekkings word gewoonlik voorberei deur plasmabespuiting, magnetronsputtering, elektrochemiese afsetting, laserbekleding en ander maniere. In vergelyking met ander bedekkingsvoorbereidingstegnologieë, kan laserbekledingstegnologie die meeste van die metaalelemente smelt, en as gevolg van die vinnige afkoeltempo het die bedekking wat daardeur voorberei word 'n fyn struktuur, digte struktuur en 'n lae verdunningstempo, en die substraat word min beïnvloed, wat kan die uitstekende werkverrigting van die deklaagmateriaal verseker; terselfdertyd is die deklaag en die substraat metallurgies gebind, met hoë bindingsterkte, en dit is nie maklik om onder komplekse werksomstandighede af te val nie. Daarom, laser bekleding tegnologie het geleidelik die eerste keuse geword vir die voorbereiding van hoë-entropie-legeringsbedekkings, veral vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekkings.

Op die oomblik fokus die navorsing oor laserbekleding vuurvaste hoë entropie legeringsbedekkings hoofsaaklik op korrosiebestandheid, hardheid, slytasieweerstand, mikrostruktuur en ander aspekte. Zhao et al. voorberei WT a N b Mo vuurvaste hoë entropie legering deur laser bekleding, en het geglo dat die hoë entropie legering voorberei met magnetiese veld bystand meer dig is. Guan et al. het NbTiZr en NbTaTiZr vuurvaste hoë entropie legeringsbedekkings deur laserbekleding voorberei, en bewys dat die hardheid van beide bedekkings hoër was as dié van die substraat. Lou et al. voorbereide Al0.2CrNbTiV vuurvaste hoë entropie legeringsbedekkings deur hoëspoed laserbekleding. Die studie het getoon dat die hardheid en korrelgrensverhardingseffek van die deklaag hoër was as dié van die substraat, en die vermoë om plastiese vervorming te weerstaan ​​is ook verbeter. Huang et al. het TiNbZrMo vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekkings deur laserbekleding voorberei, en die hardheid, slytasieweerstand en korrosiebestandheid bestudeer. Die resultate het getoon dat die verskillende eienskappe van die bedekkings beter was as dié van die 316L-substraat. Gebaseer op die literatuuropname, kan daar egter gevind word dat daar relatief min studies is oor die fretting slytasie tribologiese eienskappe van hoë entropie legeringsbedekkings wat deur laserbekleding voorberei is. Fretting drag is 'n spesiale slytasie verskynsel. Wanneer die relatiewe beweging van twee kontakvoorwerpe slytasieskade op mikronvlak veroorsaak, is die mislukking van onderdele wat deur hierdie tipe slytasie veroorsaak word, gewoonlik moeilik om op te spoor en te evalueer, en die skade wat veroorsaak word, is uiters groot. Die faktore wat slytasie beïnvloed, hou hoofsaaklik verband met die werkverrigting van die materiaal, mikrostruktuur en toegepaste las. Vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekkings het uitstekende werkverrigting. Die bestudering van die slytasie van vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekkings het verreikende betekenis vir die vermindering van die skade wat deur slytasie veroorsaak word. Gebaseer op ortogonale eksperimentele ontwerp, voer hierdie werk fret-slytasie-eksperimente uit op die MoNbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking wat voorberei is deur laserbekleding met drie faktore (fratslytasielading, frettingslytasiesiklusgetal, frettingslytasieamplitude) en drie vlakke (lading is 10 N, 20 N, 30 N aantal siklusse is 5 000, 10 000, 15 000 is 50 μm, 150 μm, 250 μm) om sy fretting slytasie werkverrigting en fretting slytasie meganisme onder verskillende belastings te bestudeer; en verskillende amplitudes.

1 Eksperimenteer

1.1 Voorbereiding van vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking
Die substraatmateriaal is 316L vlekvrye staal, en die substraatgrootte is 15 mm×15 mm×10 mm. Voor laserbekleding is die oksiedskaal op die oppervlak van die substraat verwyder deur manuele maal, en dan is dit in watervrye etanol of asetoonoplossing geplaas vir ultrasoniese skoonmaak om oppervlakvuil voor gebruik te verwyder. Die MonbTaVW vuurvaste hoë entropie-legeringsbedekking is voorberei deur TruDisk6006 laserbekledingstoerusting. Die laserbekledingpoeier was sferiese MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringspoeier wat deur die Institute of New Materials van Guangdong Academy of Sciences vervaardig is. Die poeierdeursnee was 50-100 μm (soos getoon in Figuur 1), en die atoomfraksie van elke element word in Tabel 1 getoon. Die laserbekledingsparameters was laserkrag 3200 W, laserbekledingspoed 10 mm/s, laserkoldeursnee 4 mm, defokus 17 mm, oorvleuelingstempo 50%, en sinchrone poeiervoedingshoeveelheid 15.9 g/min. Tydens die bekledingsproses is helium as die poeiervoedings- en afskermgasbron gebruik, en die gasvloeitempo is op 2. 5 L/min gehandhaaf.

1. 2 Karakterisering van die mikrostruktuur van vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking
Die fasesamestelling van die MonbTaVW hoë-entropie-legeringsbedekking is gekenmerk deur 'n Rigaku Smartlab SE X-straaldiffraktometer (die Kα-teiken was 'n Cu-teiken), met 'n skandeerhoek van 20-90° en 'n skandeerspoed van 5 (°)/ min. Die mikromorfologie en elementêre samestelling van die hoë-entropie-legeringsbedekkingsoppervlak en die slytasie-oppervlak is verkry deur 'n Apreo S Hivac-veldemissie-skanderingselektronmikroskoop.

1. 3 Fretting wear eksperiment van vuurvaste hoë entropie legeringsbedekking
Die slytasie-eksperiment is uitgevoer met behulp van 'n tuisgemaakte slytasie-toetsmasjien, en 'n Si3N4-keramiekbal met 'n deursnee van 6 mm is as die maalbal gekies. Die slytasie-parameters is ingestel as slytasie-siklusnommer 5000, 10000 15000, 10 20, slytasielas 30N, 50N, 150N, amplitude van slytasie 250μm, XNUMXμm, XNUMXμm. Na die slytasie-eksperiment is die slytasiemorfologie van die slyttekenoppervlak verkry deur gebruik te maak van 'n Bruker Control GT-K witlig interferometer, en die slytasievolume is bereken deur die tweedimensionele dwarssnitprofielarea en die slyttekenlengte.

Om die uitwerking van verskillende slytasie-siklusgetalle (faktor A), verskillende slytasie-ladings (faktor B) en verskillende slytasie-amplitudes (faktor C) op die slytasieprestasie van vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekkings te bestudeer, is 'n drie-faktor drie-vlak ortogonale eksperiment is ontwikkel, en die eksperimentele faktore en vlakke word in Tabel 2 getoon. Volgens die fretting wear ortogonale eksperiment is 'n ortogonale tabel ontwerp om die aantal eksperimente van 27 tot 9 te verminder, soos in Tabel 3 getoon.

2 Resultate en bespreking

2.1 Fase samestelling struktuur van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legering coating
Figuur 2 toon die XRD-diagram van MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking en poeier. Uit die XRD-diagram van hoë-entropie-legeringspoeier, kan gevind word dat dit 'n enkelfase van gesiggesentreerde kubieke kristalstruktuur (FCC) is; die vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag bestaan ​​uit HCP vaste oplossing fase (verwysing standaard XRD kaart PDF 12-0604 van Fe7Ta3), FCC vaste oplossing fase (verwysing standaard XRD kaart PDF 39-1178 van TaV2) en (Fe, Ni) matriks fase . Figuur 3 toon die SEM- en EDS-diagramme van MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringsbedekking wat deur laserbekleding voorberei is. Uit die SEM-beeld van die oppervlakmorfologie kan gevind word dat die deklaag saamgestel is uit helder wit ronde deeltjies, tipiese gestolde dendriete en grys matriks, wat 'n tipiese soliede oplossingstruktuur van laserbekleding hoë entropie legeringsbedekking toon. Die helderwit ronde deeltjies wys dat hul elementêre samestelling W, Ta, Mo, Nb en V in die EDS-beeld is. Deur die XRD-beeld te vergelyk, kan dit beoordeel word dat die helder wit area die hoë-entropie-legeringspoeier is wat nie heeltemal gesmelt word tydens die laserbekledingsproses nie. Terselfdertyd, volgens die EDS-beeld, kan gevind word dat 'n groot hoeveelheid Fe-elemente binne-in die deklaag versprei word. Dit is omdat die laser-energiedigtheid te hoog is tydens die laserbekledingsproses om die hoë-entropie-legeringsbedekking voor te berei, wat daartoe lei dat 'n groot hoeveelheid Fe-elemente in die matriks die laag binnegaan, wat 'n Fe-ryke grys matriksfase binne-in die deklaag vorm ( dit wil sê die (Fe, Ni) fase in Figuur 2); die Fe-element kombineer met die W-, Ta-, Mo-, Nb- en V-elemente in die hoë-entropie-legering om 'n HCP-fase-kristalstruktuur te vorm met Fe7Ta3 as die kern. Die HCP vaste oplossing fase, FCC vaste oplossing fase en (Fe, Ni) matriks fase word onderskeidelik deur die pyle in Figuur 3 aangedui.

2.2 Wrywingskoëffisiënt en slytasievolume van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legeringsbedekking
Die amplitude-tangensiële krag (FD) kurwe is 'n belangrike parameter om fretting slytasie te karakteriseer, wat intuïtief die slytasietoestand van vuurvaste hoë entropie-legeringslaag tydens frettingslytasie kan weerspieël. Soos getoon in Figuur 4, is die vorm van die amplitude-tangensiële kragkromme 'n parallelogram, wat aandui dat onder verskillende eksperimentele toestande, die frettingslytasie op die oppervlak van vuurvaste hoë entropie legering coating is volledige glip (Gross glip).

Die wrywingskoëffisiëntkromme van frettingslytasie van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie-legeringsbedekking word in Figuur 5 getoon. Soos gesien kan word uit Figuur 5, is dit onder verskillende slytasietoestande, voor 1000 tot 1500 slytasiesiklusse, 'n wrywing-inloopperiode , en die wrywingskoëffisiënt is onstabiel en toon 'n opwaartse neiging. Na die inloopperiode, wanneer die las 10 N is, is die wrywingskoëffisiënt van die hoë-entropie-legeringsbedekking met verskillende slytasie-siklusse en verskillende slytasie-amplitudes 0.21±0.03; wanneer die las 20 N is, is die wrywingskoëffisiënt van die hoë-entropie-legeringslaag met verskillende fretting-slytasie-siklusse en verskillende fretting-slytasie-amplitudes 0.45±0.03; wanneer die las 30 N is, is die wrywingskoëffisiënt van die hoë-entropie-legeringsbedekking met verskillende slytasie-siklusse en verskillende slytasie-amplitudes 0.63±0.02. Die wrywingskoëffisiënt na stabilisering word gekies, en die afstandsanalise word uitgevoer met behulp van ortogonale eksperimente, soos getoon in Tabel 4. Onder hulle is T die som van die eksperimentele resultate van die faktore, t is die gemiddelde van die som van die eksperimentele resultate van die faktore, en die reeks R is die reduksiewaarde van die groot waarde in die t-waarde. Hoe groter die R, hoe groter is die invloed van die faktor op die eksperimentele resultate. Soos uit Tabel 4 gesien kan word, is die invloed van slytasielas op die wrywingskoëffisiënt van hoë-entropie-legeringslaag die grootste, die invloed van slytasie-amplitude op die wrywingskoëffisiënt van hoë-entropie-legeringslaag is tweede, en die invloed van fretting slytasie amplitude op die wrywing koëffisiënt van coating is die kleinste, wat ooreenstem met die resultate verkry uit die wrywing koëffisiënt kurwe.

Figuur 6 is 'n drie-dimensionele morfologie van die slytasie oppervlak van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legering coating. Soos gesien kan word uit Figuur 6, wanneer die fretting slytasie amplitude 50 μm is, is die slytasiegraad van die drie bedekkingsoppervlaktes klein; wanneer die frettingslytasie-amplitude 250 μm is, is die slytasiegraad van die drie bedekkingsoppervlaktes groot. Tabel 5 is die slytasievolume van die deklaagslytasie bereken op grond van die driedimensionele morfologie van die slytasieoppervlak. Die slytasievolume van die hoë-entropie-legeringsbedekkingsoppervlak wat verkry is, is aan ortogonale eksperimentele reeksanalise onderwerp, en die resultate word in Tabel 6 getoon. Onder hulle is T die som van die eksperimentele resultate van die faktore, t is die gemiddelde van die som van die eksperimentele resultate van die faktore, en die reeks R is die reduksiewaarde van die groot waarde in die t-waarde. Hoe groter die R, hoe groter is die invloed van die faktor op die eksperimentele resultate. Uit die resultate van die reeksanalise kan gesien word dat die slytasie-amplitude die kleinste effek het op die slytasievolume van die vuurvaste hoë-entropie-legering, die slytasielas het die tweede grootste effek op die slytasievolume van die vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag, en die fretting-slytasie-siklusgetal het die grootste effek op die fretting-slytasievolume van die deklaag.

2.3 Fretting slytasiemeganisme van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legeringslaag
Figuur 7 is 'n SEM-beeld van die fretting slytasie morfologie van MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legering coating. Soos gesien kan word uit Figuur 7, is die slytasieoppervlak van die deklaag in drie streke verdeel, naamlik die wit sirkelvormige area, die donkergrys area by die slytasiemerk en die liggrys area. Die donkergrys area word in 'n vlokvorm in die wrywingsarea versprei. In vergelyking met Figuur 6, kan gesien word dat die donkergrys area as 'n ligter groen voorkom in die driedimensionele morfologie van die slytvlak. Uit die EDS-elementontleding in Figuur 8, kan dit gesien word dat hierdie area 'n metaaloksied is wat gevorm word deur die kombinasie van W, Ta-elemente en O-elemente in die deklaag. Deur die EDS, SEM en driedimensionele morfologie van die deklaag te kombineer, kan dit bevestig word dat die donkergrys area die slytasierommel is wat op die oppervlak van die hoë-entropie-legeringslaag gegenereer word tydens frettingslytasie. Hierdie slytasierommel word nie betyds tydens die slytasieproses ontslaan nie en word op die oppervlak gekompakteer om 'n wrywingslaag te vorm. Tydens die slytasieproses sal hierdie wrywingslae eers vernietig word, dus kan die wrywingslaag die deklaag teen verdere slytasie beskerm, wat as 'n klein slytasievolume in Figuur 6 getoon word. Uit die vergrote aansig van Figuur 7 kan gesien word dat krake word op die wrywingslaag versprei (soos getoon deur die pyle in Figuur 7), wat bewys dat die wrywingslaag voortdurend vernietig word tydens die slytasieproses, wat die deklaag beskerm.

Volgens die EDS-diagram van die liggrys area (sien Figuur 8), behalwe vir die O-element, is ander elemente eweredig in die liggrys area versprei, wat aandui dat die liggrys area die laagoppervlak is. In die SEM-diagram (sien Figuur 7), is daar krake langs die wrywingsrigting in die liggrys area binne die slytasiespoor, terwyl die donkergrys area langs die wrywingsrigting versprei is. Dit is omdat die wrywingslaag wat deur die slytafval gevorm word, vernietig word en die laag hieronder blootgestel word. Die helderwit sirkelvormige area is die ongesmelte hoë-entropie-legeringspoeier wanneer die hoë-entropie-legeringsbedekking voorberei word deur laserbekleding, wat afgelei kan word uit Figuur 3. Die helderwit sirkelvormige area en die liggrys area voeg nie saam met die O-element nie, wat aandui dat die MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringspoeier en die hoë-entropie-legeringslaag goeie oksidasieweerstand het. Die Fe-element saamvoeg nie in die liggrys area en die donkergrys area nie, wat aandui dat die slytasierommel nie die Fe-element bevat nie, en die Fe-element op die deklaagoppervlak reageer nie met die O-element nie, wat beteken dat die HCP fase wat gevorm word deur die verdunning van die Fe-element tydens die laserbekledingsproses het beter slytasieweerstand.

Gebaseer op die bogenoemde eksperimentele resultate, kan dit in ag geneem word dat: in die vroeë stadium van slytasie, die oppervlak van die MonbTaVW vuurvaste hoë entropie-legeringsbedekking voortdurend slytasiefragmente vervaardig wat uit metaaloksiede bestaan, en die slytasiefragmente sal in die rigting van slytasie, maar sommige slytasiefragmente word nie betyds ontslaan nie en word voortdurend gekompakteer om 'n wrywingslaag op die deklaagoppervlak te vorm. Op hierdie tydstip toon die deklaagoppervlak kleefslytasie. Die dikte van die wrywingslaag wat aan die begin gevorm is, is egter nie genoeg nie. Soos die wrywing vorder, gaan die wrywingslaag voort om te breek, wat voorgestel word as die vroeë inloopperiode op die wrywingskoëffisiëntkromme. Soos die slytasie vorder, hou die wrywingslaag aan om te vorm en te breek, maar meer en meer slytasiefragmente sal voortgaan om gegenereer te word, die gekompakteerde wrywingslaag word dikker en dikker, breek nie meer nie, en die wrywingskoëffisiënt nader geleidelik stabiliteit. Daarom is die slytasiemeganisme van die MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag onder verskillende slytasieladings, verskillende slytasiesiklusse en verskillende slytasieamplitudes oksidasie-slytasie en kleefslytasie.

3 Conclusies

(1) Die voorbereide MonNbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag is saamgestel uit HCP vaste oplossing fase, FCC vaste oplossing fase en (Fe, Ni) matriks fase. Onder hulle is die FCC vaste oplossing fase die gedeeltelik ongesmelte MonNbTaVW vuurvaste hoë entropie legering poeier, en die HCP vaste oplossing fase is die HCP fase met Fe7Ta3 as die kern wat gevorm word deur die Fe element in die matriks wat die laag binnegaan in groot hoeveelhede tydens die laserbekledingsproses en kombinasie met die W-, Ta-, Mo-, Nb- en V-elemente in die hoë-entropie-legering.

(2) Volgens die ortogonale eksperimentele reeks analise het die fretting slytasie las die grootste invloed op die wrywingskoëffisiënt van die MonbTaVW vuurvaste hoë entropie legering coating, gevolg deur die fretting slytasie amplitude, en die aantal fretting slytasie siklusse is die kleinste; die fretslytasie-amplitude het die grootste invloed op die wrywingsvolume van die MonbTaVW vuurvaste hoë-entropie-legeringslaag, gevolg deur die fret-slytasielas, en die aantal fret-slytasiesiklusse is die kleinste.

(3) Die vernaamste slytasievorme van frettingslytasie van die MonbTaVW vuurvaste hoë entropie-legeringslaag is oksidasie-slytasie en kleefslytasie. Die slytasie puin wat gegenereer word tydens fretting slytasie is hoofsaaklik saamgestel uit oksiede van Ta en W elemente. Die affiniteit van ander elemente van die hoë-entropie-legering tot suurstof is nie hoog nie, wat aandui dat die hoë-entropie-legeringbedekking goeie oksidasieweerstand het.