Per tal d'explorar l'efecte de les partícules de WC sobre la microestructura i les propietats de recobriments de revestiment, FeCoCrNiMn-xWC alta entropia recobriments de revestiment d'aliatge es van preparar a la superfície d'acer NM450 amb una potència làser d'1 200 W i una velocitat d'escaneig de 6 mm/s. La fase, la microestructura, les propietats mecàniques i la resistència al desgast dels recobriments es van estudiar mitjançant difractòmetre de raigs X (XRD), microscopi electrònic d'escaneig (SEM), provador de microduresa Vickers i provador de fricció i desgast. Els resultats mostren que quan s'afegeixen partícules WC al recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn, la microestructura del recobriment compost d'aliatge d'alta entropia és principalment fases FCC i BCC, que conté una petita quantitat de fases WC, W2C i Cr7C3, i la microestructura és columnar. estructura cristal·lina i cel·lular. El recobriment compost amb un 10% de WC té el millor rendiment integral, amb la microduresa que arriba a un valor màxim de 484.5 HV0.3; el coeficient de fricció és de 0.58, i la pèrdua de desgast i la taxa de desgast són els més baixos a 0.011 4 g i 0.857 × 10-5 g/(N·m), respectivament. El mode de desgast del recobriment compost és principalment un desgast abrasiu i un desgast oxidatiu, acompanyat d'un desgast adhesiu.

Els aliatges d'alta entropia s'han convertit en el focus de recerca de nous materials a causa dels seus avantatges d'alta resistència, alta duresa, resistència al desgast, resistència a la corrosió i resistència a altes temperatures. Una característica notable dels aliatges d'alta entropia és la diversitat dels seus elements. A diferència dels aliatges tradicionals, que solen tenir només un o dos elements metàl·lics principals, els aliatges d'alta entropia tenen un gran nombre d'elements constitutius i la proporció atòmica de cada element és en una proporció elevada, generalment del 5% al ​​35%. Tot i que els aliatges d'alta entropia contenen múltiples elements metàl·lics, poden formar una fase de solució sòlida simple i tenir un millor rendiment que els aliatges tradicionals. Els aliatges d'alta entropia tenen moltes propietats excel·lents, com ara alta resistència, alta duresa, bona resistència al desgast, resistència a alta temperatura i excel·lent resistència a la corrosió i oxidació. Aquestes característiques fan que els aliatges d'alta entropia tinguin àmplies perspectives d'aplicació en aeroespacial, automòbil, petroquímic, energia elèctrica, biomedicina i altres camps. Mitjançant el revestiment làser, es preparen recobriments d'aliatge d'alta entropia que estan ben units al substrat i els avantatges d'ambdós es combinen per promoure l'aplicació posterior d'aliatges d'alta entropia en la producció industrial. Per exemple, en l'àmbit aeroespacial, es poden utilitzar aliatges d'alta entropia per fabricar components d'alta temperatura i components resistents a la corrosió; en el camp de la petroquímica, es poden utilitzar per fabricar tubs i equips resistents a la corrosió; en el camp de la maquinària de mineria del carbó, es poden utilitzar per fabricar peces amb recobriments resistents al desgast d'alta resistència.

La tecnologia de revestiment làser pot aconseguir un escalfament i una fusió ràpids locals, reduint el malbaratament de matèries primeres i simplificant el flux del procés; La tecnologia de revestiment làser té les característiques d'un refredament ràpid, fent que l'estructura del gra del recobriment preparat sigui fina i uniformement distribuïda, cosa que ajuda a millorar la densitat i el rendiment del recobriment, com ara la duresa, la resistència al desgast, la resistència a la corrosió, etc.; durant el procés de revestiment làser, es forma un enllaç metal·lúrgic entre el recobriment i el substrat, que millora significativament la força d'unió entre el recobriment i el substrat, ajuda a allargar la vida útil del recobriment i redueix el fenomen de despreniment i esquerdament del recobriment; La tecnologia de revestiment làser pot reparar i modificar la superfície de les peces fallides, cosa que ajuda a reduir els residus de recursos i la contaminació ambiental i a aconseguir un desenvolupament sostenible.

En els últims anys, l'enfortiment del recobriment compost d'aliatges d'alta entropia mitjançant l'addició de partícules dures s'ha convertit en un tema candent d'investigació. Les partícules dures comunes inclouen WC, TiC i SiC. Entre ells, WC té els avantatges d'una alta duresa, una bona estabilitat tèrmica i una bona humectació amb metalls. Les partícules WC poden millorar eficaçment la força, la duresa i la resistència al desgast dels recobriments compostos d'aliatge d'alta entropia. En aquest article, s'utilitza la tecnologia de revestiment làser per estudiar l'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn. S'estudia la influència d'afegir diferents continguts de WC en la composició de la fase, la microestructura, la microduresa i la resistència al desgast del recobriment d'aliatge d'alta entropia. Mitjançant l'ajust de la quantitat de WC afegit, es prepara un recobriment compost d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn-xWC amb un bon rendiment i s'aplica a la preparació d'un recobriment resistent al desgast a la superfície de l'abeurador mitjà del transportador de rascador de la mina de carbó.

1 Materials i mètodes experimentals
(1) Substrat de prova El substrat de prova era acer NM450. Per assegurar-se que la superfície de la mostra estava lliure d'impureses, la superfície de la mostra es va polir primer amb paper de vidre, després es va netejar per ultrasons i, finalment, es va assecar abans de la prova.
(2) Material en pols La prova va seleccionar la pols d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn com a material de substrat de revestiment. La composició química es mostra a la taula 1. La mida de les partícules en pols és de 45 ~ 105 μm. La ceràmica WC es va seleccionar com a partícules de la fase de reforç. A la prova de revestiment, es va utilitzar un alimentador de pols de doble canal per ajustar la quantitat d'addició de ceràmica WC en temps real per garantir el bon progrés de la prova. Els aliatges FeCoCrNiMn-xWC amb fraccions de massa WC de 0, 5%, 10%, 15% i 20% es van dissenyar segons les pols seleccionades. La composició es mostra a la taula 2.
(3) Preparació del recobriment El revestiment làser Els paràmetres de procés utilitzats en l'experiment són: potència làser d'1 200 W, desenfocament de 15 mm, velocitat d'escaneig de 6 mm/s, protecció d'argó del 99.99% durant el procés de revestiment i el cabal d'argó de 15 L/min. L'experiment està dissenyat per tenir 5 grups de mostres, i els 5 grups de mostres es proveen per separat. El gruix del recobriment de cada grup de mostres és d'1 mm.
(4) Caracterització del recobriment Un cop finalitzat el revestiment, la mostra de prova es talla perpendicularment a la direcció del revestiment mitjançant tall de filferro. Després del tall, la superfície de la mostra es polia lleugerament per eliminar les taques d'oli que queden durant el tall, i les impureses de la superfície de la mostra es netegen per ultrasons en una màquina d'ultrasons per netejar completament la mostra i eliminar les interferències amb les proves posteriors. La morfologia macroscòpica del recobriment es va observar mitjançant un microscopi estereoscopi RY-7045. La mostra es va corroir amb aigua regia (la relació molar de HCl a HNO3 era de 3:1) durant 10-20 s. La microestructura del recobriment es va observar mitjançant un microscopi electrònic d'exploració (SEM) JSM-5610LM. La fase de recobriment es va analitzar mitjançant un difractòmetre de raigs X (XRD) D/max2500. L'angle d'escaneig era de 20°-100°, el pas d'escaneig era de 0.05° i la velocitat d'escaneig era de 4°/min. La duresa de la mostra es va provar mitjançant un provador de duresa Vickers microscòpic visual PCHVT-1000Z. La càrrega de càrrega era de 300 g i el temps de retenció de 10 s.

Les característiques de fricció i desgast del recobriment es van mesurar mitjançant un provador de fricció i desgast GHT-1000EM. Les mostres de fricció i desgast es van rectificar amb antelació i es van polir fins que no hi havia rascades evidents. El material del parell de fricció es va apagar i temperar acer GCr15. La càrrega es va fixar a 300 g, el temps de prova era de 1 s, la velocitat del motor era de 800 r/min, el diàmetre de fricció era de φ450 mm i la freqüència del motor era de 6 Hz. Després de la prova, es va observar la morfologia tridimensional de les marques de desgast a la superfície de la mostra mitjançant un microscopi estereofònic.
El recobriment es caracteritza per la relació entre la quantitat de desgast i el treball realitzat per la càrrega, ω = M/FS (1)
On M és la quantitat de desgast, g; F és la càrrega de prova, N; S és la distància total de fricció, S = 169 646 mm.

2 Resultats experimentals i anàlisi
(1) Macromorfologia del recobriment de revestiment
La macromorfologia de la superfície del revestiment del revestiment es mostra a la figura 1. La morfologia superficial del revestiment del revestiment està ben formada i la superfície és plana. No es troben defectes com esquerdes i forats. Amb l'augment del contingut de WC, es produeixen enganxament i aglomeració de pols a la superfície. L'anàlisi mostra que amb l'augment del contingut de WC, la fluïdesa de la pols disminueix i la temperatura del revestiment de la superfície disminueix. Una altra part és causada per les esquitxades de la piscina fosa.
(2) Anàlisi de fases del recobriment del revestiment
L'espectre XRD del recobriment del revestiment es mostra a la figura 2. Tal com es mostra a la figura 2, el recobriment compost FeCoCrNiMn-xWC es compon principalment de fase FCC i estructura de fase BCC. Es pot veure clarament que amb l'augment de l'addició de WC, el pic de difracció de la fase FCC augmenta i el pic de difracció de la fase BCC disminueix. Quan l'addició de WC arriba al 10% de WC, el pic de difracció de la fase BCC gairebé desapareix completament. Les partícules de WC poden precipitar de la matriu de recobriment com a precipitats. Aquestes partícules de WC precipitades formaran fases d'enfortiment addicionals en el recobriment, millorant la duresa i la resistència al desgast del recobriment. L'enfortiment de la precipitació canviarà la composició i la distribució de l'estructura de la fase de recobriment, afectant així el rendiment global del recobriment. L'augment del WC canviarà la microestructura i la composició de fase de la zona afectada per la calor, perquè l'alt punt de fusió i l'estabilitat tèrmica del WC afectaran la formació i l'evolució de la zona afectada per la calor. Aquest canvi a la zona afectada per la calor afectarà encara més la formació i el rendiment de l'estructura de la fase de recobriment. En segon lloc, les partícules de WC es dissolen a la xarxa de la matriu de recobriment per formar una solució sòlida, millorant així la duresa i la resistència de la matriu.
(3) Anàlisi de la microestructura del recobriment de revestiment
La microestructura del recobriment del revestiment es mostra a la figura 3. Tal com es mostra a la figura 3 (a), quan no s'afegeixen partícules de WC, el recobriment és principalment cristalls equiaxials, les longituds dels cristalls en totes direccions són aproximadament iguals i l'espaiat. entre els cristalls és petit; tal com es mostra a les figures 3 (b) i 3 (c), quan s'afegeix un 5% de WC i un 10% de WC, comencen a aparèixer una petita quantitat de partícules de WC no foses als cristalls de recobriment compost. Quan els cristalls equiaxials es fan més fins, es transformen en dendrites columnars i els grans de la microestructura es fan més fins. Després d'afegir un 10% de WC, el recobriment compost es perfecciona significativament; tal com es mostra a les figures 3 (d) i 3 (e), quan s'afegeix un 15% de WC i un 20% de WC, els cristalls columnars del recobriment compost disminueixen i la microestructura és majoritàriament cristalls cel·lulars. Això demostra que l'augment del nombre de partícules de WC afavoreix el perfeccionament de l'estructura de l'aliatge, i la interacció entre les partícules de WC i la matriu també promourà l'enfortiment del gra fi.
(4) Anàlisi de la duresa del recobriment del revestiment La microduresa de la secció transversal del revestiment del revestiment es mostra a la figura 4. La duresa del recobriment compost FeCoCrNiMn-xWC s'ha millorat significativament després d'afegir partícules de WC. Quan no s'afegeixen partícules de WC, la microduresa mitjana del recobriment és de 393.8 HV0.3; quan el contingut de WC és del 5%, 10%, 15% i 20%, la microduresa mitjana del recobriment compost és de 431.9 HV0.3, 484.5 HV0.3, 450.6 HV0.3 i 430.1 HV0.3. Això es deu al fet que l'alta duresa del WC pot millorar eficaçment la duresa del recobriment compost d'aliatge d'alta entropia. En segon lloc, durant el revestiment, algunes partícules de WC generaran elements C a causa de l'esquerdament a alta temperatura, i els carburs (Fe3C, Cr7C3, W2C) generats per elements C i Fe, Cr, W i altres elements també promouen la millora de la microduresa del recobriment.
(5) Anàlisi tribològica del recobriment del revestiment La corba del coeficient de fricció-temps es mostra a la figura 5. Quan no s'afegeix WC al recobriment del revestiment, el coeficient de fricció mitjà del recobriment compost és de 0.69; quan s'afegeixen partícules de WC amb una fracció de massa del 5%, el coeficient de fricció del recobriment compost és de 0.72; quan s'afegeixen partícules de WC amb una fracció de massa del 10%, el coeficient de fricció mitjà del recobriment compost és el més petit, que és de 0.58; quan s'afegeixen partícules de WC amb una fracció de massa del 15%, el coeficient de fricció mitjà del recobriment compost és de 0.86; quan s'afegeixen partícules de WC amb una fracció de massa del 20%, el coeficient de fricció mitjà del recobriment compost és de 0.59.

Quan s'afegeix WC al recobriment, pot augmentar significativament la duresa del recobriment. Quan està sotmès a un desgast extern, el recobriment d'alta duresa pot resistir amb més eficàcia el tall i el rascat de les partícules de desgast, millorant així la resistència al desgast. L'addició de WC també pot refinar la mida del gra del recobriment, millorant així la resistència i la duresa del recobriment. Els grans refinats poden augmentar la resistència al lliscament de la dislocació i millorar la resistència al desgast del recobriment. Amb l'augment del contingut de WC, el coeficient de fricció tendeix a augmentar. Això es deu al fet que massa partícules de WC poden debilitar la força d'unió entre el recobriment i el substrat. Quan està sotmès a un desgast extern, és més probable que el recobriment es desprengui del substrat, reduint així la resistència al desgast.
La taxa de desgast de cada capa de revestiment es calcula segons la fórmula (1) i es dibuixa la quantitat de desgast i el gràfic de barres de la taxa de desgast dels recobriments compostos FeCoCrNiMn-xWC amb diferents continguts de WC, tal com es mostra a la figura 6. La taxa de desgast del FeCoCrNiMn El recobriment de revestiment sense partícules de WC és d'1.308 × 10-5 g/(N·m), la taxa de desgast del recobriment compost del 5% WC és de 1.278 × 10-5 g/(N·m), la taxa de desgast del 10% El recobriment compost WC és de 0.857 × 10-5 g/(N·m), la taxa de desgast del recobriment compost del 15%WC és de 0.917×10-5 g/(N·m) i la taxa de desgast del 20%WC el recobriment compost és de 0.910 × 10-5 g/(N·m). Entre ells, la quantitat de desgast i la taxa de desgast del recobriment compost del 10% WC són els més baixos i la resistència al desgast és la millor.
La micromorfologia de la cicatriu de desgast del recobriment després de la prova de fricció i desgast es mostra a la figura 7. La figura 7 (a) mostra que sense afegir WC, la morfologia de la cicatriu de desgast del recobriment compost mostra una forta adhesió, el material adhesiu de la superfície és evident i principalment. l'adhesió i el mode de desgast principal és el desgast adhesiu; La figura 7 (b) mostra la morfologia de la cicatriu del desgast del recobriment compost WC al 5%. L'addició de traça WC té un efecte reductor del desgast evident sobre el recobriment compost, reduint la peladura del recobriment i hi ha llaurades i òxids metàl·lics evidents a la zona de desgast; La figura 7 (c) mostra la morfologia del desgast del recobriment compost WC al 10%, en el qual es redueix el llaurat i augmenta el pelat; La figura 7 (d) mostra la morfologia del desgast del recobriment compost al 15% de WC, en el qual es veu el descamació i el llaurament de fricció i augmenta l'òxid metàl·lic a la superfície del recobriment compost; La figura 7 (e) mostra la morfologia de la cicatriu del desgast del recobriment compost WC al 20%. Quan s'afegeixen més partícules de WC, el fenomen de delaminació i vessament a la zona de desgast del recobriment es redueix significativament i també es redueix el volum de les fosses. Cr pot formar carburs com Cr7C3 i Fe3C amb elements com Fe i C, i formar Cr2O3 amb lubricació sòlida amb O. WC formarà una solució sòlida W2C després de la descomposició, la qual cosa millora la resistència al desgast de la capa de revestiment. En resum, combinat amb l'anàlisi de la teoria tribològica, la forma de desgast del recobriment compost és principalment un desgast abrasiu i un desgast oxidatiu, acompanyat d'un desgast adhesiu.

Aplicació 3
Els resultats d'aquest document s'han utilitzat en la producció del recobriment superficial de la ranura mitjana del transportador de raspador tipus SGZ800/1710 per al transport de mines de carbó de Xi'an Heavy Equipment Pubai Coal Mine Machinery Co., Ltd., i el recobriment el gruix va arribar als 3 mm. Després d'una prova industrial de 240 dies a la mina de carbó, el gruix de desgast de la ranura mitjana era de 3 ~ 5 mm, mentre que el gruix de desgast de la placa resistent al desgast NM450 era de 5 ~ 10 mm i la seva resistència al desgast es va millorar molt.

4 Conclusió
(1) L'addició de partícules de WC va canviar significativament la microestructura del recobriment. La microestructura del recobriment de revestiment FeCoCrNiMn-xWC es compon principalment de cristalls equiaxials i dendrites columnars. Amb l'augment del contingut de WC, les partícules de WC i les fases de BCC també augmenten, i la microestructura del recobriment es perfecciona significativament. La microestructura és principalment fase FCC i fase BCC, i conté una petita quantitat de fase WC, W2C i Cr7C3.
(2) La quantitat de partícules de WC afegides té un efecte significatiu en les propietats mecàniques del recobriment. Amb l'augment del contingut de WC, la microduresa de la capa de revestiment augmenta significativament. La microduresa mitjana del recobriment de revestiment WC al 10% és la més alta, amb el valor màxim de 484.5 HV0.3.
(3) La pèrdua de desgast i la taxa de desgast del recobriment de revestiment WC del 10% són les més baixes, que són 0.011 4 g i 0.857 × 10-5 g / (N · m) respectivament. La resistència al desgast és la millor. Els modes de desgast són principalment el desgast abrasiu i el desgast oxidatiu, acompanyat d'un desgast adhesiu.