من أجل تحسين مقاومة التآكل لأجزاء الآلات الزراعية التي تلامس التربة، تم استخدام سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا، وسبائك Fe90 وNi60A مساحيق السبائك تم اختيارها للدراسة المقارنة. تم تحضير الطلاء المقاوم للتآكل بواسطة تكنولوجيا الكسوة بالليزر مع فولاذ 65Mn كركيزة، وتم اختبار أداء التآكل الخاص به بواسطة آلة اختبار الاحتكاك والتآكل. أظهرت النتائج أن طلاء السبائك عالي الإنتروبيا FeCoCrNiMn له بنية كثيفة وحبيبات بسيطة نسبيًا ولم تتشكل مركبات بين معدنية معقدة؛ كان توزيع حبيبات البنية الدقيقة لطلاءات سبائك Ni60A وFe90 غير منظم نسبيًا. كانت خسائر التآكل لركيزة فولاذ 65Mn وسبائك Ni60A وسبائك Fe90 وطلاء السبائك عالي الإنتروبيا FeCoCrNiMn 9 و4 و5 و2 مجم على التوالي، وكانت خسائر التآكل للركيزة أكبر بكثير من خسائر الطلاء. صلابة فيكرز لطلاءات سبائك Fe90 وNi60A هي 683.87 و663.62 HV، وصلابة طلاء السبائك عالي الإنتروبيا Fe-CoCrNiMn هي 635.81 HV، وهي أقل قليلاً من الطلاءات الأخرى، لكن مقاومتها للتآكل جيدة.

مع التطور السريع للآلات والمعدات الزراعية، تتأثر الأجزاء الملامسة للتربة في الآلات الزراعية بتآكل الصدمات وتآكل الاحتكاك للمواد الكاشطة مثل التربة والرمل لفترة طويلة، مما يفرض متطلبات أعلى على مقاومة التآكل للأجزاء التقليدية الملامسة للتربة. من بين تدابير مكافحة التآكل المختلفة، يعد طلاء الليزر ومعالجة السطح الفاشل للأجزاء الملامسة للتربة طريقتين شائعتين للعلاج. يستخدم كلاهما حشوات مختلفة لإذابة أو تسخين مادة الطلاء إلى حالة شبه منصهرة وتغطيتها على سطح الركيزة، وبالتالي تحسين مقاومة التآكل للركيزة. أكثر مادتي الطلاء شيوعًا للأجزاء الملامسة للتربة هما السبائك القائمة على الحديد والسبائك القائمة على النيكل. تعتمد كلتا مادتي الطلاء على عنصر سبيكة وتحسن أداء الطلاء عن طريق إضافة عناصر مناسبة أخرى. في الوقت الحاضر، اقترب البحث والتطبيق لتحسين مقاومة التآكل للمواد المعدنية التقليدية من التشبع، وأصبحت مساحة البحث أصغر وأصغر.

تتكون السبائك عالية الإنتروبيا من مجموعة متنوعة من عناصر السبائك ذات النسب الذرية المتشابهة، مع أطوار محلول صلبة أكثر اتساقًا وبساطة، وتتميز بقوة عالية ومقاومة عالية للتآكل ومقاومة جيدة للتآكل. باستخدام مسحوق السبائك عالية الإنتروبيا لإعداد طلاءات مقاومة للتآكل على أجزاء الآلات الزراعية الملامسة للتربة، تتمتع الأجزاء بمقاومة عالية للتآكل ويمكنها إطالة عمرها الافتراضي.

تُستخدم تقنية الكسوة بالليزر لإعداد الطلاءات، والتي تتميز بتركيز الحرارة ومنطقة التأثر بالحرارة الصغيرة. كما يختلف الهيكل التنظيمي المنتج في منطقة الصب عن طرق الكسوة الأخرى، مثل ترسيب الشرارة الكهربائية، والرش المغناطيسي، والكسوة البلازمية. في الوقت نفسه، تُستخدم تقنية الكسوة بالليزر لإعداد الطلاءات، وتتشكل الهياكل التنظيمية غير المتبلورة في تنظيم الطلاء. في الوقت الحاضر، هناك دراسات قليلة حول تطبيق مواد طلاء السبائك عالية الإنتروبيا في إعداد الطلاءات المقاومة للتآكل لأجزاء الآلات الزراعية الملامسة للتربة. في هذه الورقة، تم تحضير طلاءات مقاومة للتآكل من سبائك Fe90 وسبائك Ni60A وسبائك FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا على سطح الفولاذ 65Mn باستخدام تقنية الكسوة بالليزر. تمت مقارنة ودراسة خصائص الاحتكاك والتآكل لطلاءات السبائك عالية الإنتروبيا، وتم استكشاف قوانينها الاحتكاكية لتوفير مرجع لتوسع تطبيق السبائك عالية الإنتروبيا.

1 المواد والطرق التجريبية

1. 1 تحضير الطلاء
استخدمت العينة فولاذ زنبركي عالي الكربون 65Mn كمواد أساسية، وتم قطعها إلى عينات بحجم 200 مم × 400 مم × 4 مم باستخدام آلة قطع معدنية. تم طحن العينة وتلميعها قبل الكسوة لمنع طبقة الأكسيد والزيت والشوائب الأخرى على سطح العينة من التأثير على قوة الترابط بين الطلاء والعينة. تم استخدام ورق صنفرة بحجم 80 و120 و220 و800 و1 و000 و1 للطحن بدوره. تم تنظيف العينة المصقولة بالموجات فوق الصوتية في الإيثانول لمدة 500 دقائق، ووضعها في فرن تجفيف عند درجة حرارة 2 درجة مئوية لمدة 000 دقائق، وإغلاقها وتخزينها بعد التجفيف. تم اختيار سبيكة Fe5 وسبائك Ni105A ومسحوق سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا (حجم الجسيمات من 10 إلى 90 ميكرومتر) كمواد لطبقة الكسوة. يظهر التركيب الكيميائي لمواد الاختبار والمساحيق في الجدول 60. أقصى طاقة خرج لجهاز الكسوة بالليزر CW-CBW-45G-105-1L هي 8000 وات. يعتمد الاختبار على طريقة تغذية المسحوق ذات النطاق العريض على المحور الجانبي، وغاز الأرجون الواقي، وسمك طلاء الكسوة هو 91 مم. تظهر معلمات عملية الكسوة في الجدول 20.

1.2 توصيف الاختبار
فولاذ 65Mn هو العينة S1، وطلاء سبيكة Ni60A هو العينة S2، وطلاء سبيكة Fe90 هو العينة S3، وطلاء سبيكة FeCoCrNiMn عالي الإنتروبيا هو العينة S4. محلول الحفر المعدني للعينة S1 هو محلول حمض النيتريك 4% (حمض النيتريك المركز والإيثانول اللامائي، نسبة الحجم 4: 100)؛ محلول الحفر المعدني للعينة S2 هو محلول كبريتات النحاس الخماسي الهيدرات (حمض الهيدروكلوريك والماء وكبريتات النحاس، نسبة الحجم 10: 10: 1)؛ محلول الحفر المعدني للعينات S3 وS4 هو 5% ماء ملكي (حمض الهيدروكلوريك المركز وحمض النيتريك المركز، نسبة الحجم 3: 1).

تم ملاحظة البنية الدقيقة المعدنية للعينة بواسطة المجهر المعدني Leica DM4000M؛ تم قياس صلابة السطح والمقطع العرضي للعينة بواسطة جهاز اختبار صلابة فيكرز بشاشة رقمية Jinan Times TMVS-1؛ تم الكشف عن أداء الاحتكاك والتآكل للمادة بواسطة جهاز اختبار الاحتكاك والتآكل للوجه النهائي الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر الدقيق MMU-10؛ تم استخدام زوج احتكاك الدبوس والقرص للاختبار، وكانت كرة الطحن عبارة عن كرة طحن ZrO2 بقطر 6 مم. كانت معلمات الاختبار هي الحمل 50 نيوتن، والسرعة 80 دورة في الدقيقة، ووقت الاحتكاك 120 دقيقة؛ تمت ملاحظة مورفولوجيا ندبة التآكل بعد اختبار الاحتكاك والتآكل للعينة بواسطة مجهر ضوئي.

2 نتائج الاختبار والتحليل

2.1 التركيب المعدني للطلاء
يوضح الشكل 1 مخطط البنية المعدنية السطحية للعينات S1 وS2 وS3 وS4. كما هو موضح في الشكل 1أ، فإن بنية العينة S1 تتكون بشكل أساسي من الفريت والبيرلايت الموزعين على شكل شبكة. يمكن أن نرى بوضوح من الشكل 1ب أن البنية الدقيقة لطلاء العينة S2 عبارة عن شجيرات وأوتوكتات شبكية، ومرحلة التنظيم دقيقة نسبيًا، والشجيرات فوضوية نسبيًا، ويتم إنشاء التنظيمات الشريطية الطويلة والكتلية بشكل غير منتظم. كما هو موضح في الشكل 1ج، فإن البنية الدقيقة للمقطع العرضي لطلاء العينة S3 عبارة عن شجيرات خشنة وموحدة، ومنظمات شجيرات متشابكة، وعدد كبير من الرواسب الحبيبية اللامعة ذات اللون الفاتح. كما هو موضح في الشكل 1د، فإن التنظيم المقطعي لطلاء العينة S4 هو الأكثر كثافة، ويتكون بشكل أساسي من بلورات متساوية المحاور موزعة بالتساوي، وتترسب ثقوب غير منتظمة. عند مقارنة المنظمات الأربعة، فإن حجم حبيبات السطح لطلاء S4 هو الأصغر، والحبيبات كثيفة وموحدة، والحبيبات بسيطة نسبيًا، ولا يوجد تكوين مركب معدني معقد.

2. 2 صلابة الطلاء
الشكل 2 هو مقارنة بين صلابة سطح العينات. صلابة فيكرز للعينات S1 وS2 وS3 وS4 حوالي 234.02 HV و683.87 HV و663.62 HV و635.51 HV على التوالي. الشكل 3 هو مقارنة بين صلابة المقطع العرضي للعينات. يمكن ملاحظة من الشكل 3 أن متوسط ​​صلابة فيكرز لطلاءات العينات S2 وS3 أعلى من صلابة العينة S3 بنحو 4 إلى 1 مرات، مما يشير إلى أن صلابة طلاءات S2 وS3 أعلى وأن تأثير تبلور معادن الكسوة أفضل. متوسط ​​صلابة فيكرز لسطح طلاء العينة S4 أقل قليلاً من صلابة العينات S2 وS3. يرجع ذلك إلى أنه عندما يتم تجميد مسحوق سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا بسرعة، يكون تشوه الشبكة صغيرًا، ويتم ترسيب بنية بلورة FCC وتشتيتها في الطبقة غير المتبلورة من الكسوة، مما قد يعكس إلى حد ما أن طلاء سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا يتمتع بصلابة جيدة وصلابة منخفضة.

2.3 خصائص الاحتكاك والتآكل
2.3.1 متوسط ​​معامل الاحتكاك
الشكل 4 هو منحنى معامل الاحتكاك المتوسط ​​للعينات S1 وS2 وS3 وS4. يمكن ملاحظة أنه في درجة حرارة الغرفة، يبلغ متوسط ​​معامل الاحتكاك لسطح العينة S1 حوالي 0.53، ويتقلب متوسط ​​معامل الاحتكاك أكثر في أول 20 دقيقة، ويرتفع إلى حوالي 0.6؛ ومع مرور الوقت، يميل متوسط ​​معامل الاحتكاك إلى الاستقرار. وذلك لأنه في المرحلة المبكرة من الاحتكاك بين العينة S1 وكرة الطحن ZrO2، يوجد الكثير من حطام التآكل بين علامة التآكل وكرة الطحن، مما ينتج عنه إجهاد قص كبير، مما يؤدي إلى تقلب حاد في معامل الاحتكاك. يبلغ متوسط ​​معاملات الاحتكاك للعينات S2 وS3 وS4 حوالي 0.38 و0.32 و0.25. يتسبب التوزيع المعقد لجزيئات الطور الصلب في العينة S2 في تقلب متوسط ​​منحنى معامل الاحتكاك بشكل أكثر عنفًا. صلابة العينات S3 وS4 أصغر بكثير من صلابة كرة الطحن ZrO2. تتميز مادة سبيكة الطلاء ذات الصلابة المنخفضة أيضًا بقوة قص أقل، مما يساعد على تقليل متوسط ​​معامل الاحتكاك أثناء الاحتكاك. منحنيات معامل الاحتكاك المتوسط ​​للعينات S3 وS4 لها نفس الاتجاه بشكل أساسي، مما يحافظ على توازن ديناميكي مستقر نسبيًا. من بينها، يكون متوسط ​​معامل الاحتكاك للعينة S4 هو الأدنى، وقوة الاحتكاك تحت نفس القوة هي الأصغر، ودرجة التآكل هي الأدنى. وذلك لأنه عندما يتم تبريد العينة S4 بسرعة، يكون هناك عدد أقل من جزيئات طور الشوائب، ويكون سطح الطلاء أكثر سلاسة ولديه عيوب أقل، ويكون الاتصال بكرة طحن ZrO2 أكثر سلاسة، دون تقلبات واضحة وجذرية.

2. 3. 2 ارتداء ملابس لإنقاص الوزن
تظهر بيانات فقدان وزن التآكل للعينات في الشكل 5. أقصى فقدان تآكل للعينة S1 هو 9 مجم، وخسائر التآكل للعينات S2 وS3 هي 4 مجم و5 مجم على التوالي. ومن بينها، فإن فقدان التآكل للعينة S4 هو الأقل، وهو 2 مجم. وذلك لأن طلاء سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا له طور FCC واحد ومرونة عالية وصلابة جيدة. تحت التأثير الجانبي للاحتكاك لحمل 50 نيوتن، يمكن لمادة سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا امتصاص كمية كبيرة من الطاقة، وليس من السهل تكوين تقشير التعب، ولديها مقاومة جيدة للتآكل.

2.3.3 تحليل مورفولوجيا التآكل
يوضح الشكل 6 مورفولوجيا ندبة التآكل للعينات الأربع التي لوحظت في نفس ظروف الاختبار بعد 120 دقيقة من التآكل. كما يمكن رؤيته من الشكل 6 أ، فإن S1 لديها تشوه بلاستيكي شديد بسبب صلابتها الكلية المنخفضة، والسطح المقعر لندبة التآكل خشن، وهناك مساحة كبيرة من طبقة الترابط، ويحدث التقشر. كما يمكن رؤيته من الشكل 6 ب، فإن سطح طلاء العينة S2 موزع بشكل غير منتظم بمركبات بيضاء على شكل نقاط بيضاوية، مما يعزز صلابة الطلاء، مصحوبًا بندبات تآكل واضحة وأخاديد أحادية الاتجاه. صلابة سطح طلاء العينة S3 هي الأعلى، كما هو موضح في الشكل 6 ج، وعرض ندبة التآكل ضيق، والأخاديد على سطح الطلاء ضحلة. على النقيض من ذلك، في الشكل 6 د، تكون أخاديد طلاء العينة S4 ناعمة للغاية، وذلك بسبب البنية الموحدة لطبقة الكسوة والحبيبات الدقيقة ومقاومة التآكل الجيدة؛ هناك مسام غير منتظمة واضحة في الأخاديد، والتي قد تكون ناجمة عن خلط مسحوق السبائك عالية الأنتروبيا بالغاز في الحالة المنصهرة تحت درجة حرارة عالية لشعاع الليزر، وتدفق الغاز للخارج عندما تبرد العينة لتشكيل المسام.

تحت نفس ظروف الاختبار، كلما زاد عرض ندبة التآكل في الاختبار، زاد فقدان وزن التآكل. من خلال مقارنة فقدان الوزن لعينات مختلفة في الشكل 5، يمكن ملاحظة أن العلاقة بين حجم ندبة التآكل في العينة هي S1> S3> S2> S4. وهذا يتفق مع نتائج اختبار فقدان وزن التآكل الموضحة في الشكل 5.

خاتمة

1) إنتروبيا FeCoCrNiMn عالية طلاء سبيكة يتمتع بأكبر كثافة للبنية وأصغر حجم للحبيبات، في حين أن توزيع حبيبات البنية الدقيقة لطلاءات سبائك Ni60A وFe90 أكثر فوضوية. يتميز طلاء سبائك FeCoCrNiMn عالي الإنتروبيا ببنية حبيبات بسيطة نسبيًا ولا تتشكل مركبات بين معدنية معقدة.

2) تبلغ صلابة فيكرز لسبائك Ni60A وسبائك Fe90 وسبائك FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا حوالي 683.87 و663.62 و635.51 HV، وهي أعلى بكثير من صلابة فيكرز للركيزة (234.02 HV). قيمة صلابة طلاء سبيكة Fe-CoCrNiMn عالية الإنتروبيا أقل قليلاً من تلك الخاصة بسبائك Ni60A وسبائك Fe90، وهو ما لا يؤثر على مقاومتها للتآكل.

3) خسائر التآكل لركيزة الفولاذ 65Mn وسبائك Ni60A وسبائك Fe90 وطلاء سبيكة Fe-CoCrNiMn عالية الإنتروبيا هي 9 و4 و5 و2 ملجم على التوالي. ندبة التآكل لطلاء سبيكة FeCoCrNiMn عالية الإنتروبيا هي الأكثر سلاسة، مع عمق ندبة تآكل ضحل وفقدان مادة صغير وأعلى مقاومة للتآكل.