Per tal de millorar la resistència al desgast de les peces de maquinària agrícola en contacte amb el sòl, l'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn, l'aliatge Fe90 i Ni60A pols d'aliatge van ser seleccionats per a un estudi comparatiu. El recobriment resistent al desgast va ser preparat per tecnologia de revestiment làser amb acer de 65Mn com a substrat, i el seu rendiment de desgast es va provar mitjançant una màquina de prova de fricció i desgast. Els resultats van mostrar que el recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn tenia l'estructura més densa, grans relativament simples i no es van formar compostos intermetàl·lics complexos; la distribució de gra de microestructura dels recobriments d'aliatge de Ni60A i Fe90 estava relativament desordenada. Les pèrdues de desgast del substrat d'acer de 65Mn, l'aliatge Ni60A, l'aliatge Fe90 i el recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn van ser de 9, 4, 5 i 2 mg respectivament, i la pèrdua de desgast del substrat va ser molt més gran que la del recobriment. La duresa Vickers dels recobriments d'aliatge Fe90 i Ni60A és de 683.87 i 663.62 HV, i la duresa del recobriment d'aliatge d'alta entropia Fe-CoCrNiMn és de 635.81 HV, que és lleugerament inferior a la d'altres recobriments, però la seva resistència al desgast és bona.

Amb el ràpid desenvolupament de maquinària i equips agrícoles, les parts de la maquinària agrícola en contacte amb el sòl es veuen afectades pel desgast per impacte i el desgast per fricció d'abrasius com la terra i la sorra durant molt de temps, cosa que exigeix ​​més la resistència al desgast del sòl tradicional. - parts en contacte. Entre les diverses mesures antidesgast, el revestiment amb làser i el tractament de superfícies de la superfície fallada de les peces en contacte amb el sòl són dos mètodes de tractament utilitzats habitualment. Tots dos utilitzen diferents farcits per fondre o escalfar el material de recobriment en un estat semi-fos i el cobreixen a la superfície del substrat, millorant així la resistència al desgast del substrat. Els dos materials de recobriment més comuns per a peces en contacte amb el sòl són els aliatges a base de ferro i els aliatges a base de níquel. Tots dos materials de recobriment es basen en un element d'aliatge i milloren el rendiment del recobriment afegint altres elements adequats. Actualment, la recerca i l'aplicació de la millora de la resistència al desgast dels materials metàl·lics tradicionals ha estat prop de la saturació, i l'espai per a la investigació és cada cop més petit.

Els aliatges d'alta entropia es componen d'una varietat d'elements d'aliatge amb proporcions atòmiques similars, amb fases de solució sòlida més uniformes i simples, que mostren una gran resistència, una gran resistència al desgast i una bona resistència a la corrosió. Utilitzant pols d'aliatge d'alta entropia per preparar recobriments resistents al desgast en peces de maquinària agrícola en contacte amb el sòl, les peces tenen una alta resistència al desgast i poden allargar encara més la seva vida útil.

La tecnologia de revestiment làser s'utilitza per preparar recobriments, que té els avantatges de la concentració de calor i una petita zona afectada per la calor. L'estructura organitzativa produïda a l'àrea de fosa també és diferent d'altres mètodes de revestiment, com ara la deposició d'electroespurnes, la polsació de magnetrons i el revestiment de plasma. Al mateix temps, s'utilitza la tecnologia de revestiment làser per preparar recobriments i es formen estructures organitzatives amorfes a l'organització del recobriment. Actualment, hi ha pocs estudis sobre l'aplicació de materials de recobriment d'aliatge d'alta entropia en la preparació de recobriments resistents al desgast per a peces de maquinària agrícola en contacte amb el sòl. En aquest article, es van preparar recobriments resistents al desgast d'aliatge Fe90, aliatge Ni60A i FeCoCrNiMn a la superfície d'acer de 65Mn mitjançant la tecnologia de revestiment làser. Es van comparar i estudiar les propietats de fricció i desgast dels recobriments d'aliatges d'alta entropia i es van explorar les seves lleis tribològiques per proporcionar una referència per a l'expansió d'aplicació d'aliatges d'alta entropia.

1 Materials i mètodes experimentals

1. 1 Preparació del recobriment
La mostra va utilitzar acer de molla d'alt carboni de 65Mn com a material base i es va tallar en mostres amb una mida de 200 mm × 400 mm × 4 mm mitjançant una màquina de tall metal·logràfica. La mostra es va polir i es va polir abans del revestiment per evitar que la capa d'òxid, l'oli i altres impureses de la superfície de la mostra afectessin la força d'unió entre el recobriment i la mostra. Es van utilitzar paper de vidre de 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 i 2 000 per a la mòlta al seu torn. La mostra polida es va netejar per ultrasons en etanol durant 5 minuts, es va col·locar en un forn d'assecat a 105 ℃ durant 10 minuts i es va segellar i emmagatzemar després de l'assecat. L'aliatge Fe90, l'aliatge Ni60A i la pols d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn (mida de partícules de 45 a 105 μm) es van seleccionar com a materials de la capa de revestiment. La composició química dels materials i pols de prova es mostra a la taula 1. La potència màxima de sortida de l'equip de revestiment làser CW-CBW-8000G-91-20L és de 25,000 W. La prova adopta el mètode d'alimentació de pols de banda ampla d'eix lateral, argó gas protector i el gruix del recobriment del revestiment és d'1 mm. Els paràmetres del procés de revestiment es mostren a la taula 2.

1.2 Caracterització de la prova
L'acer 65Mn és la mostra S1, el recobriment d'aliatge Ni60A és la mostra S2, el recobriment d'aliatge Fe90 és la mostra S3 i el recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn és la mostra S4. La solució de gravat metal·logràfic de la mostra S1 és una solució d'àcid nítric al 4% (àcid nítric concentrat i etanol anhidre, la relació de volum és de 4: 100); la solució de gravat metal·logràfic de la mostra S2 és una solució pentahidratada de sulfat de coure (àcid clorhídric, aigua i sulfat de coure, la relació de volum és de 10: 10: 1); la solució de gravat metal·logràfic de les mostres S3 i S4 és d'aigua regia del 5% (àcid clorhídric concentrat i àcid nítric concentrat, la relació de volum és de 3: 1).

La microestructura metal·logràfica de la mostra es va observar amb el microscopi metal·logràfic Leica DM4000M; la duresa de la superfície i la secció transversal de la mostra es va mesurar mitjançant el provador de duresa Vickers de pantalla digital Jinan Times TMVS-1; el rendiment de fricció i desgast del material va ser detectat pel provador de fricció i desgast frontal controlat per microordinador MMU-10; es va utilitzar el parell de fricció pin-disc per a la prova, i la bola de mòlta era una bola de mòlta ZrO2 amb un diàmetre de 6 mm. Els paràmetres de prova van ser càrrega 50 N, velocitat 80 r/min i temps de fricció 120 min; la morfologia de la cicatriu de desgast després de la prova de fricció i desgast de la mostra es va observar amb un microscopi òptic.

2 Anàlisi i resultats de les proves

2.1 Estructura metal·logràfica del recobriment
La figura 1 mostra el diagrama d'estructura metal·logràfica superficial de les mostres S1, S2, S3 i S4. Com es mostra a la figura 1a, l'estructura de la mostra S1 es compon principalment de ferrita i perlita distribuïdes en forma de quadrícula. A la figura 1b es pot veure clarament que la microestructura del recobriment de la mostra S2 és dendrites i eutèctics reticulars, la fase organitzativa és relativament fina i les dendrites són relativament desordenades i la franja llarga i les organitzacions en blocs es generen de manera irregular. Com es mostra a la figura 1c, la microestructura de la secció transversal del recobriment de la mostra S3 és dendrites gruixudes i uniformes, organitzacions de dendrites entrellaçades i un gran nombre de precipitacions granulars brillants de color clar. Com es mostra a la figura 1d, l'organització de la secció transversal del recobriment de la mostra S4 és la més densa, composta principalment per cristalls equiaxials distribuïts uniformement i es precipiten forats irregulars. Comparant les quatre organitzacions, la mida del gra superficial del recobriment S4 és la més petita, els grans són densos i uniformes, els grans són relativament simples i no hi ha cap formació complexa de compostos intermetàl·lics.

2. 2 Microduresa del recobriment
La figura 2 és una comparació de la microduresa superficial de les mostres. La duresa Vickers de les mostres S1, S2, S3 i S4 és d'uns 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV i 635.51 HV respectivament. La figura 3 és una comparació de la microduresa de la secció transversal de les mostres. Es pot veure a la figura 3 que la duresa Vickers mitjana dels recobriments de les mostres S2 i S3 és de 3 a 4 vegades superior a la de la mostra S1, cosa que indica que la duresa dels recobriments de S2 i S3 és més alta i la cristal·lització de la metal·lúrgia del revestiment. l'efecte és millor. La duresa Vickers mitjana de la superfície de recobriment de la mostra S4 és lleugerament inferior a la de les mostres S2 i S3. Això es deu al fet que quan la pols d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn es solidifica ràpidament, la distorsió de la xarxa és petita i l'estructura cristal·lina FCC es precipita i es dispersa a l'amorfa de la capa de revestiment, que pot reflectir fins a cert punt que l'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn. El recobriment té una bona duresa i una duresa baixa.

2.3 Propietats de fricció i desgast
2.3.1 Coeficient de fricció mitjà
La figura 4 és la corba mitjana del coeficient de fricció de les mostres S1, S2, S3 i S4. Es pot veure que a temperatura ambient, el coeficient de fricció mitjà de la superfície de la mostra S1 és d'uns 0.53 i el coeficient de fricció mitjà fluctua més en els primers 20 minuts, augmentant fins a uns 0.6; a mesura que passa el temps, el coeficient de fricció mitjà tendeix a ser estable. Això es deu al fet que en l'etapa inicial de la fricció entre la mostra S1 i la bola de mòlta ZrO2, hi ha molts residus de desgast entre la marca de desgast i la bola de mòlta, la qual cosa produeix una gran tensió de cisalla, donant lloc a una forta fluctuació del coeficient de fricció. Els coeficients de fricció mitjans de les mostres S2, S3 i S4 són d'uns 0.38, 0.32 i 0.25. La complexa distribució de partícules de fase dura a la mostra S2 fa que la corba mitjana del coeficient de fricció fluctuï més violentament. La duresa de les mostres S3 i S4 és molt menor que la de la bola de mòlta ZrO2. El material d'aliatge de recobriment amb duresa més baixa també té una resistència al cisallament més baixa, cosa que ajuda a reduir el coeficient de fricció mitjà durant la fricció. Les corbes mitjanes del coeficient de fricció de les mostres S3 i S4 tenen bàsicament la mateixa tendència, mantenint un equilibri dinàmic relativament estable. Entre ells, el coeficient de fricció mitjà de la mostra S4 és el més baix, la força de fricció sota la mateixa força és la més petita i el grau de desgast és el més baix. Això es deu al fet que quan la mostra S4 es refreda ràpidament, hi ha menys partícules de fase d'impureses, la superfície del recobriment és més llisa i té menys defectes i el contacte amb la bola de mòlta ZrO2 és més suau, sense fluctuacions òbvies i dràstiques.

2. 3. 2 Fes servir per baixar de pes
Les dades de pèrdua de pes per desgast de les mostres es mostren a la figura 5. La pèrdua màxima per desgast de la mostra S1 és de 9 mg, i les pèrdues per desgast de les mostres S2 i S3 són de 4 mg i 5 mg respectivament. Entre ells, la pèrdua de desgast de la mostra S4 és la més baixa, que és de 2 mg. Això es deu al fet que el recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn té una sola fase FCC, alta plasticitat i bona tenacitat. Sota l'efecte secundari de la fricció d'una càrrega de 50 N, el material d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn pot absorbir una gran quantitat d'energia, no és fàcil de formar pelatge per fatiga i té una bona resistència al desgast.

2.3.3 Anàlisi de la morfologia del desgast
La figura 6 mostra la morfologia de la cicatriu de desgast de les quatre mostres observades en les mateixes condicions de prova després de 120 minuts de desgast. Com es pot veure a la figura 6a, S1 té una deformació plàstica severa a causa de la seva baixa duresa general, la superfície còncava de la cicatriu de desgast és rugosa, hi ha una gran àrea de capa d'unió i es produeix una delaminació. Com es pot veure a la figura 6b, la superfície de recobriment de la mostra S2 es distribueix irregularment amb compostos blancs en forma de punt el·líptic, que millora la duresa del recobriment, acompanyat de cicatrius de desgast evidents i solcs unidireccionals. La duresa de la superfície del recobriment de la mostra S3 és la més alta, tal com es mostra a la figura 6c, l'amplada de la cicatriu de desgast és estreta i les ranures de la superfície del recobriment són poc profundes. En canvi, a la figura 6d, les ranures del recobriment de la mostra S4 són molt llises, la qual cosa es deu a l'estructura uniforme de la capa de revestiment, els grans fins i la bona resistència al desgast; Hi ha porus irregulars evidents a les ranures, que poden ser causats pel fet que la pols d'aliatge d'alta entropia es barreja amb gas en estat fos a l'alta temperatura del raig làser i el gas brolla quan la mostra es refreda per formar porus. .

En les mateixes condicions de prova, com més gran sigui l'amplada de la cicatriu de desgast de prova, més gran serà la pèrdua de pes del desgast. En comparar la pèrdua de pes de diferents mostres a la figura 5, es pot veure que la relació entre la mida de la cicatriu de desgast de la mostra és S1> S3> S2> S4. Això és coherent amb els resultats de les proves de pèrdua de pes per desgast que es mostren a la figura 5.

Conclusió

1) L'alta entropia FeCoCrNiMn recobriment d'aliatge té l'estructura més densa i la mida de gra més petita, mentre que la distribució de gra de microestructura dels recobriments d'aliatge Ni60A i Fe90 és més caòtica. El recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn té una estructura de gra relativament simple i no es formen compostos intermetàl·lics complexos.

2) La duresa Vickers dels recobriments d'aliatge d'aliatge Ni60A, Fe90 i FeCoCrNiMn d'alta entropia és d'aproximadament 683.87, 663.62 i 635.51 HV, que és significativament superior a la duresa Vickers del substrat (234.02 HV). El valor de duresa del recobriment d'aliatge d'alta entropia Fe-CoCrNiMn és lleugerament inferior al dels recobriments d'aliatge Ni60A i Fe90, cosa que no afecta la seva resistència al desgast.

3) Les pèrdues de desgast del substrat d'acer de 65Mn, l'aliatge Ni60A, l'aliatge Fe90 i el recobriment d'aliatge d'alta entropia Fe-CoCrNiMn són de 9, 4, 5 i 2 mg respectivament. La cicatriu de desgast del recobriment d'aliatge d'alta entropia FeCoCrNiMn és la més suau, amb una cicatriu de poca profunditat de desgast, una petita pèrdua de material i la màxima resistència al desgast.