За да се подобри устойчивостта на износване на влизащите в контакт с почвата части на селскостопански машини, високоентропийна сплав FeCoCrNiMn, сплав Fe90 и Ni60A легирани прахове бяха избрани за сравнително изследване. Износоустойчивото покритие е изготвено от лазерна технология за облицовка със стомана 65Mn като субстрат и нейните характеристики на износване бяха тествани чрез машина за изпитване на триене и износване. Резултатите показват, че покритието от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn има най-плътната структура, сравнително прости зърна и не се образуват сложни интерметални съединения; разпределението на зърната на микроструктурата на покритията от сплави Ni60A и Fe90 е относително неподредено. Загубите от износване на стоманен субстрат 65Mn, сплав Ni60A, сплав Fe90 и покритие от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn бяха съответно 9, 4, 5 и 2 mg, а загубата на износване на субстрата беше много по-голяма от тази на покритието. Твърдостта на Викерс на покритията от сплав Fe90 и Ni60A е 683.87 и 663.62 HV, а твърдостта на покритието от сплав с висока ентропия Fe-CoCrNiMn е 635.81 HV, което е малко по-ниско от другите покрития, но устойчивостта му на износване е добра.

С бързото развитие на селскостопанските машини и оборудване, контактуващите с почвата части на селскостопанските машини са засегнати от износване при удар и триене на абразиви като пръст и пясък за дълго време, което поставя по-високи изисквания към устойчивостта на износване на традиционната почва - контактни части. Сред различните мерки против износване, лазерното облицоване и повърхностното третиране на повредената повърхност на частите, влизащи в контакт с почвата, са два често използвани метода за третиране. И двете използват различни пълнители, за да разтопят или загреят покриващия материал до полуразтопено състояние и да го покрият върху повърхността на субстрата, като по този начин подобряват устойчивостта на износване на субстрата. Двата най-често срещани материала за покритие на части, влизащи в контакт с почвата, са сплави на основата на желязо и сплави на основата на никел. И двата материала за покритие са базирани на елемент от сплав и подобряват характеристиките на покритието чрез добавяне на други подходящи елементи. Понастоящем изследванията и приложението за подобряване на устойчивостта на износване на традиционните метални материали са близо до насищане и пространството за изследвания става все по-малко и по-малко.

Сплавите с висока ентропия са съставени от различни легиращи елементи с подобни атомни съотношения, с по-равномерни и прости фази на твърдия разтвор, показващи висока якост, висока устойчивост на износване и добра устойчивост на корозия. Използвайки прах от сплав с висока ентропия за получаване на устойчиви на износване покрития върху части на селскостопански машини, влизащи в контакт с почвата, частите имат висока устойчивост на износване и могат допълнително да удължат своя експлоатационен живот.

Технологията за лазерно облицоване се използва за приготвяне на покрития, която има предимствата на концентрация на топлина и малка зона на топлинно въздействие. Организационната структура, произведена в зоната за леене, също е различна от другите методи за облицовка, като електроискрово отлагане, магнетронно разпрашване и плазмена облицовка. В същото време технологията за лазерно облицоване се използва за приготвяне на покрития и в организацията на покритието се формират аморфни организационни структури. Понастоящем има малко проучвания за прилагането на покривни материали от сплави с висока ентропия при получаването на устойчиви на износване покрития за части на селскостопански машини, влизащи в контакт с почвата. В тази статия устойчивите на износване покрития от сплав Fe90, сплав Ni60A и сплав FeCoCrNiMn с висока ентропия са приготвени върху повърхността на стомана 65Mn с помощта на технология за лазерно облицоване. Свойствата на триене и износване на покритията от сплави с висока ентропия бяха сравнени и проучени и техните трибологични закони бяха изследвани, за да осигурят справка за разширяване на приложението на сплави с висока ентропия.

1 Експериментални материали и методи

1. 1 Подготовка на покритието
Пробата използва 65Mn високо въглеродна пружинна стомана като основен материал и се нарязва на проби с размер 200 mm × 400 mm × 4 mm с помощта на металографска машина за рязане. Пробата беше шлифована и полирана преди облицовката, за да се предотврати влиянието на оксидния слой, маслото и други примеси по повърхността на пробата върху силата на свързване между покритието и пробата. 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 и 2 000 песъчинки бяха използвани за шлайфане на свой ред. Полираната проба се почиства с ултразвук в етанол за 5 минути, поставя се в сушилня при 105 ℃ за 10 минути и се запечатва и съхранява след изсушаване. Fe90 сплав, Ni60A сплав и FeCoCrNiMn високоентропийна сплав на прах (размер на частиците от 45 до 105 μm) бяха избрани като материали за облицовъчен слой. Химическият състав на тестовите материали и праховете е показан в таблица 1. Максималната изходна мощност на оборудването за лазерно облицоване CW-CBW-8000G-91-20L е 25,000 1 W. Тестът използва широколентовия метод на подаване на прах на страничната ос, аргон защитен газ, а дебелината на облицовъчното покритие е 2 мм. Параметрите на процеса на облицовка са показани в таблица XNUMX.

1.2 Характеристика на теста
Стомана 65Mn е проба S1, покритие от сплав Ni60A е проба S2, покритие от сплав Fe90 е проба S3, а покритие от сплав с висока ентропия FeCoCrNiMn е проба S4. Разтворът за металографско ецване на проба S1 е 4% разтвор на азотна киселина (концентрирана азотна киселина и безводен етанол, обемно съотношение е 4:100); разтворът за металографско ецване на проба S2 е разтвор на меден сулфат пентахидрат (солна киселина, вода и меден сулфат, обемно съотношение е 10:10:1); разтворът за металографско ецване на проби S3 и S4 е 5% царска вода (концентрирана солна киселина и концентрирана азотна киселина, обемно съотношение е 3:1).

Металографската микроструктура на пробата се наблюдава с металографски микроскоп Leica DM4000M; твърдостта на повърхността и напречното сечение на пробата беше измерена с тестер за твърдост на Vickers с дигитален дисплей Jinan Times TMVS-1; характеристиките на триене и износване на материала бяха открити от MMU-10 контролиран от микрокомпютър тестер за триене и износване на челната повърхност; фрикционната двойка щифт-диск беше използвана за теста, а топката за смилане беше ZrO2 топка за смилане с диаметър 6 mm. Параметрите на теста бяха натоварване 50 N, скорост 80 r/min и време на триене 120 min; морфологията на белега от износване след теста за триене и износване на пробата се наблюдава с оптичен микроскоп.

2 Резултати от теста и анализ

2.1 Металографска структура на покритието
Фигура 1 показва повърхностната металографска структурна диаграма на проби S1, S2, S3 и S4. Както е показано на фигура 1а, структурата на проба S1 е съставена главно от ферит и перлит, разпределени във форма на мрежа. Може ясно да се види от Фигура 1b, че микроструктурата на покритието на проба S2 е дендрити и ретикуларна евтектика, организационната фаза е сравнително фина, а дендритите са сравнително разхвърляни, а дългите ленти и блоковите организации се генерират нередовно. Както е показано на Фигура 1с, микроструктурата на напречното сечение на покритието на проба S3 е груби и равномерни дендрити, преплетени дендритни организации и голям брой светло оцветени лъскави гранулирани утайки. Както е показано на фигура 1d, организацията на напречното сечение на покритието на проба S4 е най-плътна, съставена главно от равномерни кристали, равномерно разпределени, и се утаяват неправилни дупки. Сравнявайки четирите организации, размерът на повърхностните зърна на покритието S4 е най-малкият, зърната са плътни и еднакви, зърната са относително прости и няма образуване на сложно интерметално съединение.

2. 2 Микротвърдост на покритието
Фигура 2 е сравнение на повърхностната микротвърдост на пробите. Твърдостта по Викерс на проби S1, S2, S3 и S4 е съответно около 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV и 635.51 HV. Фигура 3 е сравнение на микротвърдостта на напречното сечение на пробите. Може да се види от фигура 3, че средната твърдост по Викерс на покритията на проби S2 и S3 е 3 до 4 пъти по-висока от тази на проба S1, което показва, че твърдостта на покритията на S2 и S3 е по-висока и металургичната кристализация на облицовката ефектът е по-добър. Средната твърдост по Викерс на повърхността на покритието на проба S4 е малко по-ниска от тази на проби S2 и S3. Това е така, защото когато прахът от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn бързо се втвърди, изкривяването на решетката е малко и FCC кристалната структура се утаява и диспергира в аморфния слой на облицовката, което може да отразява до известна степен, че FeCoCrNiMn сплавта с висока ентропия покритието има добра издръжливост и ниска твърдост.

2.3 Свойства на триене и износване
2.3.1 Среден коефициент на триене
Фигура 4 е кривата на средния коефициент на триене на проби S1, S2, S3 и S4. Може да се види, че при стайна температура средният коефициент на триене на повърхността на проба S1 е около 0.53, а средният коефициент на триене варира най-много през първите 20 минути, като се повишава до около 0.6; с течение на времето средният коефициент на триене има тенденция да бъде стабилен. Това е така, защото в ранния етап на триене между проба S1 и ZrO2 топка за смилане има много остатъци от износване между следата от износване и топката за смилане, което създава голямо напрежение на срязване, което води до рязко колебание на коефициента на триене. Средните коефициенти на триене на проби S2, S3 и S4 са около 0.38, 0.32 и 0.25. Сложното разпределение на частици от твърда фаза в проба S2 кара средната крива на коефициента на триене да се колебае по-силно. Твърдостта на пробите S3 и S4 е много по-малка от тази на топката за смилане ZrO2. Материалът на сплавта за покритие с по-ниска твърдост също има по-ниска якост на срязване, което е благоприятно за намаляване на средния коефициент на триене по време на триене. Кривите на средния коефициент на триене на проби S3 и S4 имат основно същата тенденция, поддържайки относително стабилен динамичен баланс. Сред тях средният коефициент на триене на проба S4 е най-нисък, силата на триене при същата сила е най-малка, а степента на износване е най-ниска. Това е така, защото когато проба S4 се охлади бързо, има по-малко частици от фаза на примеси, повърхността на покритието е по-гладка и има по-малко дефекти, а контактът със смилащата топка ZrO2 е по-гладък, без очевидни и драстични колебания.

2. 3. 2 Носете отслабване
Данните за загуба на тегло при износване на пробите са показани на фигура 5. Максималната загуба на износване на проба S1 е 9 mg, а загубите на износване на проби S2 и S3 са съответно 4 mg и 5 mg. Сред тях най-ниска е загубата от износване на образец S4, която е 2 mg. Това е така, защото покритието от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn има една FCC фаза, висока пластичност и добра издръжливост. Под страничния ефект на триене на натоварване от 50 N, FeCoCrNiMn сплав с висока ентропия може да абсорбира голямо количество енергия, не е лесно да се образува уморен пилинг и има добра устойчивост на износване.

2.3.3 Анализ на морфологията на износване
Фигура 6 показва морфологията на белега от износване на четирите проби, наблюдавани при същите условия на изпитване след 120 минути износване. Както може да се види от Фигура 6а, S1 има сериозна пластична деформация поради ниската си обща твърдост, вдлъбнатата повърхност на белега от износване е грапава, има голяма площ от свързващ слой и се получава разслояване. Както може да се види от Фигура 6b, повърхността на покритието на проба S2 е неравномерно разпределена с елипсовидни бели съединения с форма на точка, което повишава твърдостта на покритието, придружено от очевидни белези от износване и еднопосочни бразди. Твърдостта на повърхността на покритието на проба S3 е най-висока, както е показано на Фигура 6c, ширината на белега от износване е тясна, а жлебовете на повърхността на покритието са плитки. За разлика от това, на фигура 6d, жлебовете на покритието на проба S4 са много гладки, което се дължи на еднаквата структура на облицовъчния слой, фините зърна и добрата устойчивост на износване; има очевидни неправилни пори в жлебовете, което може да се дължи на смесването на праха от сплав с висока ентропия с газ в разтопено състояние под високата температура на лазерния лъч и газът, избликващ, когато пробата се охлади, за да образува пори .

При същите условия на изпитване, колкото по-голяма е ширината на тестовия белег от износване, толкова по-голяма е загубата на тегло при износване. Чрез сравняване на загубата на тегло на различни проби на фигура 5 може да се види, че връзката между размера на белега от износване на пробата е S1> S3> S2> S4. Това е в съответствие с резултатите от теста за загуба на тегло при износване, показани на фигура 5.

Заключение

1) Високата ентропия на FeCoCrNiMn покритие от сплав има най-плътната структура и най-малкия размер на зърното, докато разпределението на зърната на микроструктурата на покритията от сплав Ni60A и Fe90 е по-хаотично. Покритието от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn има сравнително проста зърнеста структура и не се образуват сложни интерметални съединения.

2) Твърдостта по Викерс на сплавта Ni60A, сплавта Fe90 и покритията от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn е приблизително 683.87, 663.62 и 635.51 HV, което е значително по-високо от твърдостта по Викерс на субстрата (234.02 HV). Стойността на твърдостта на покритието от Fe-CoCrNiMn сплав с висока ентропия е малко по-ниска от тази на сплавта Ni60A и покритията от сплав Fe90, което не влияе на неговата устойчивост на износване.

3) Загубите от износване на 65Mn стоманен субстрат, сплав Ni60A, сплав Fe90 и покритие от високоентропийна сплав Fe-CoCrNiMn са съответно 9, 4, 5 и 2 mg. Белегът от износване на покритието от високоентропийна сплав FeCoCrNiMn е най-гладкият, с плитка дълбочина на белега от износване, малка загуба на материал и най-висока устойчивост на износване.