For at forbedre slidstyrken af ​​jord-kontakt dele af landbrugsmaskiner, FeCoCrNiMn højentropi legering, Fe90 legering og Ni60A legeringspulvere blev udvalgt til sammenlignende undersøgelse. Den slidbestandige belægning blev fremstillet af laserbeklædningsteknologi med 65Mn stål som underlag, og dets slidydelse blev testet af friktions- og slidtestmaskine. Resultaterne viste, at FeCoCrNiMn højentropi-legeringsbelægningen havde den tætteste struktur, relativt simple korn, og der blev ikke dannet komplekse intermetalliske forbindelser; mikrostrukturkornfordelingen af ​​Ni60A- og Fe90-legeringsbelægninger var relativt uordnet. Slidtabene for 65Mn stålsubstrat, Ni60A-legering, Fe90-legering og FeCoCrNiMn-højentropilegeringsbelægning var henholdsvis 9, 4, 5 og 2 mg, og slidtabet af substratet var meget større end belægningens. Vickers-hårdheden af ​​Fe90- og Ni60A-legeringsbelægninger er 683.87 og 663.62 HV, og hårdheden af ​​Fe-CoCrNiMn højentropi-legeringsbelægning er 635.81 HV, hvilket er lidt lavere end andre belægninger, men dens slidstyrke er god.

Med den hurtige udvikling af landbrugsmaskiner og udstyr påvirkes de jord-kontaktende dele af landbrugsmaskiner af slagslid og friktionsslid af slibemidler som jord og sand i lang tid, hvilket stiller højere krav til slidstyrken af ​​traditionel jord -kontaktende dele. Blandt forskellige anti-slidforanstaltninger er laserbeklædning og overfladebehandling af den fejlbehæftede overflade af de jordkontaktende dele to almindeligt anvendte behandlingsmetoder. De bruger begge forskellige fyldstoffer til at smelte eller opvarme belægningsmaterialet til en halvsmeltet tilstand og dække det på overfladen af ​​substratet, hvorved slidstyrken af ​​substratet forbedres. De to mest almindelige belægningsmaterialer til jord-kontaktende dele er jern-baserede legeringer og nikkel-baserede legeringer. Begge belægningsmaterialer er baseret på et legeringselement og forbedrer belægningens ydeevne ved at tilføje andre passende elementer. På nuværende tidspunkt har forskningen og anvendelsen af ​​forbedring af slidstyrken af ​​traditionelle metalmaterialer været tæt på mætning, og pladsen til forskning bliver mindre og mindre.

Højentropilegeringer er sammensat af en række legeringselementer med lignende atomforhold, med mere ensartede og enkle faste opløsningsfaser, som viser høj styrke, høj slidstyrke og god korrosionsbestandighed. Ved at bruge højentropi-legeringspulver til at forberede slidbestandige belægninger på landbrugsmaskiners jord-kontaktende dele, har delene høj slidstyrke og kan forlænge deres levetid yderligere.

Laserbeklædningsteknologi bruges til at fremstille belægninger, som har fordelene ved varmekoncentration og lille varmepåvirket zone. Den organisatoriske struktur, der produceres i støbeområdet, er også forskellig fra andre beklædningsmetoder, såsom elektrognistaflejring, magnetronforstøvning og plasmabeklædning. Samtidig bruges laserbeklædningsteknologi til at fremstille belægninger, og der dannes amorfe organisatoriske strukturer i belægningsorganisationen. På nuværende tidspunkt er der få undersøgelser af anvendelsen af ​​belægningsmaterialer af højentropilegeringer til fremstilling af slidbestandige belægninger til jord-kontaktende dele til landbrugsmaskiner. I dette papir blev Fe90 legering, Ni60A legering og FeCoCrNiMn højentropi legering slidbestandige belægninger fremstillet på overfladen af ​​65Mn stål ved hjælp af laserbeklædningsteknologi. Friktions- og slidegenskaberne for belægninger af højentropilegeringer blev sammenlignet og undersøgt, og deres tribologiske love blev undersøgt for at give en reference til anvendelsesudvidelsen af ​​højentropilegeringer.

1 Eksperimentelle materialer og metoder

1. 1 Forberedelse af belægning
Prøven brugte 65Mn højkulstoffjederstål som basismateriale og blev skåret i prøver med en størrelse på 200 mm × 400 mm × 4 mm ved hjælp af en metallografisk skæremaskine. Prøven blev slebet og poleret før beklædning for at forhindre oxidlaget, olien og andre urenheder på overfladen af ​​prøven i at påvirke bindingsstyrken mellem belægningen og prøven. Sandpapir med kornstørrelse 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 og 2 000 korn blev brugt til slibning. Den polerede prøve blev ultralydsrenset i ethanol i 5 minutter, anbragt i en tørreovn ved 105 ℃ i 10 minutter og forseglet og opbevaret efter tørring. Fe90 legering, Ni60A legering og FeCoCrNiMn højentropi legeringspulver (partikelstørrelse på 45 til 105 μm) blev valgt som beklædningslagsmaterialer. Den kemiske sammensætning af testmaterialerne og pulverne er vist i tabel 1. Den maksimale udgangseffekt for CW-CBW-8000G-91-20L laserbeklædningsudstyret er 25,000 W. Testen anvender sideakse bredbåndspulvertilførselsmetoden, argon beskyttelsesgas, og beklædningsbelægningens tykkelse er 1 mm. Beklædningsprocesparametrene er vist i tabel 2.

1.2 Testkarakterisering
65Mn stål er prøve S1, Ni60A-legeringsbelægning er prøve S2, Fe90-legeringsbelægning er prøve S3, og FeCoCrNiMn-legeringsbelægning med høj entropi er prøve S4. Den metallografiske ætseopløsning af prøve S1 er 4% salpetersyreopløsning (koncentreret salpetersyre og vandfri ethanol, volumenforholdet er 4:100); den metallografiske ætseopløsning af prøve S2 er kobbersulfatpentahydratopløsning (saltsyre, vand og kobbersulfat, volumenforholdet er 10:10:1); den metallografiske ætseopløsning af prøverne S3 og S4 er 5 % aqua regia (koncentreret saltsyre og koncentreret salpetersyre, volumenforholdet er 3:1).

Den metallografiske mikrostruktur af prøven blev observeret med Leica DM4000M metallografisk mikroskop; overflade- og tværsnitshårdheden af ​​prøven blev målt med Jinan Times TMVS-1 digital display Vickers hårdhedstester; materialets friktions- og slidydelse blev detekteret af MMU-10 mikrocomputerstyret endefladefriktions- og slidtester; stift-skive friktionsparret blev brugt til testen, og slibekuglen var en ZrO2 slibekugle med en diameter på 6 mm. Testparametrene var belastning 50 N, hastighed 80 r/min og friktionstid 120 min; slidarrets morfologi efter friktions- og slidtesten af ​​prøven blev observeret med et optisk mikroskop.

2 Testresultater og analyse

2.1 Metallografisk struktur af belægning
Figur 1 viser det metallografiske overfladestrukturdiagram af prøverne S1, S2, S3 og S4. Som vist i figur 1a er strukturen af ​​prøve S1 hovedsageligt sammensat af ferrit og perlit fordelt i en gitterform. Det kan tydeligt ses fra figur 1b, at mikrostrukturen af ​​belægningen af ​​prøve S2 er dendritter og retikulær eutektik, den organisatoriske fase er relativt fin, og dendritterne er relativt rodede, og de lange strimler og blokformede organisationer genereres uregelmæssigt. Som vist i figur 1c er mikrostrukturen af ​​tværsnittet af belægningen af ​​prøve S3 grove og ensartede dendritter, sammenflettede dendritorganisationer og et stort antal lysfarvede skinnende granulære udfældninger. Som vist i figur 1d er tværsnitsorganisationen af ​​belægningen af ​​prøve S4 den mest tætte, hovedsageligt sammensat af ligeaksede krystaller jævnt fordelt, og uregelmæssige huller udfældes. Sammenlignes de fire organisationer, er overfladekornstørrelsen af ​​S4-belægningen den mindste, kornene er tætte og ensartede, kornene er relativt enkle, og der er ingen kompleks dannelse af intermetalliske forbindelser.

2. 2 Belægningens mikrohårdhed
Figur 2 er en sammenligning af overfladens mikrohårdhed af prøverne. Vickers-hårdheden af ​​prøverne S1, S2, S3 og S4 er henholdsvis ca. 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV og 635.51 HV. Figur 3 er en sammenligning af tværsnitsmikrohårdheden af ​​prøverne. Det kan ses af figur 3, at den gennemsnitlige Vickers-hårdhed af belægningerne i prøverne S2 og S3 er 3 til 4 gange højere end prøven S1, hvilket indikerer, at hårdheden af ​​belægningerne i S2 og S3 er højere, og beklædningsmetallurgisk krystallisation effekten er bedre. Den gennemsnitlige Vickers-hårdhed af belægningsoverfladen på prøve S4 er lidt lavere end for prøverne S2 og S3. Dette skyldes, at når FeCoCrNiMn højentropi-legeringspulveret hurtigt størkner, er gitterforvrængningen lille, og FCC-krystalstrukturen udfældes og spredes i det amorfe af beklædningslaget, hvilket til en vis grad kan afspejle, at FeCoCrNiMn højentropi-legeringen belægningen har god sejhed og lav hårdhed.

2.3 Friktions- og slidegenskaber
2.3.1 Gennemsnitlig friktionskoefficient
Figur 4 er den gennemsnitlige friktionskoefficientkurve for prøverne S1, S2, S3 og S4. Det kan ses, at ved stuetemperatur er den gennemsnitlige friktionskoefficient for overfladen af ​​prøve S1 ca. 0.53, og den gennemsnitlige friktionskoefficient svinger mest i de første 20 minutter og stiger til ca. 0.6; som tiden går, har den gennemsnitlige friktionskoefficient tendens til at være stabil. Dette skyldes, at der i det tidlige trin af friktion mellem prøve S1 og ZrO2 slibekugle er meget slidaffald mellem slidmærket og slibekuglen, hvilket producerer en stor forskydningsspænding, hvilket resulterer i en skarp udsving i friktionskoefficienten. De gennemsnitlige friktionskoefficienter for prøverne S2, S3 og S4 er omkring 0.38, 0.32 og 0.25. Den komplekse fordeling af hårdfasepartikler i prøve S2 får den gennemsnitlige friktionskoefficient-kurve til at svinge mere voldsomt. Hårdheden af ​​prøverne S3 og S4 er meget mindre end for ZrO2 slibekuglen. Belægningslegeringsmaterialet med lavere hårdhed har også lavere forskydningsstyrke, hvilket er befordrende for at reducere den gennemsnitlige friktionskoefficient under friktion. De gennemsnitlige friktionskoefficientkurver for prøverne S3 og S4 har grundlæggende den samme tendens, idet de opretholder en relativt stabil dynamisk balance. Blandt dem er den gennemsnitlige friktionskoefficient for prøve S4 den laveste, friktionskraften under den samme kraft er den mindste, og slidgraden er den laveste. Dette skyldes, at når prøve S4 afkøles hurtigt, er der færre urenhedsfasepartikler, belægningsoverfladen er glattere og har færre defekter, og kontakten med ZrO2-slibekuglen er glattere uden tydelige og drastiske udsving.

2. 3. 2 Bær vægttab
Slidvægttabsdata for prøverne er vist i figur 5. Det maksimale slidtab for prøve S1 er 9 mg, og slidtabene for prøverne S2 og S3 er henholdsvis 4 mg og 5 mg. Blandt dem er slidtabet for prøve S4 det laveste, hvilket er 2 mg. Dette skyldes, at FeCoCrNiMn højentropi-legeringsbelægningen har en enkelt FCC-fase, høj plasticitet og god sejhed. Under friktionsbivirkningen af ​​en belastning på 50 N kan FeCoCrNiMn højentropi-legeringsmaterialet absorbere en stor mængde energi, er ikke let at danne træthedsafskalning og har god slidstyrke.

2.3.3 Slidmorfologianalyse
Figur 6 viser slid-armorfologien af ​​de fire prøver observeret under de samme testbetingelser efter 120 minutters slid. Som det kan ses af figur 6a, har S1 alvorlig plastisk deformation på grund af dens lave samlede hårdhed, den konkave overflade af slidarret er ru, der er et stort areal af bindingslag, og delaminering forekommer. Som det kan ses af figur 6b, er belægningsoverfladen af ​​prøve S2 uregelmæssigt fordelt med elliptiske prikformede hvide forbindelser, hvilket øger belægningens hårdhed, ledsaget af tydelige slid-ar og ensrettede furer. Belægningsoverfladehårdheden af ​​prøve S3 er den højeste, som vist i figur 6c, slidarrets bredde er smal, og rillerne på belægningsoverfladen er lave. I modsætning hertil er rillerne i belægningen af ​​prøve S6 i figur 4d meget glatte, hvilket skyldes den ensartede struktur af beklædningslaget, fine korn og god slidstyrke; der er tydelige uregelmæssige porer i rillerne, hvilket kan være forårsaget af, at det højentropiske legeringspulver blandes med gas i smeltet tilstand under laserstrålens høje temperatur, og gassen fosser ud, når prøven afkøles for at danne porer .

Under de samme testbetingelser, jo større bredden af ​​testslidarret er, desto større er slidvægttabet. Ved at sammenligne vægttabet af forskellige prøver i figur 5, kan det ses, at forholdet mellem størrelsen af ​​prøvens slid-ar er S1> S3> S2> S4. Dette er i overensstemmelse med testresultaterne af slidvægttab vist i figur 5.

Konklusion

1) FeCoCrNiMn højentropien legering belægning har den tætteste struktur og den mindste kornstørrelse, mens mikrostrukturkornfordelingen af ​​Ni60A- og Fe90-legeringsbelægningerne er mere kaotisk. FeCoCrNiMn højentropi-legeringsbelægningen har en relativt enkel kornstruktur, og der dannes ingen komplekse intermetalliske forbindelser.

2) Vickers-hårdheden af ​​Ni60A-legeringen, Fe90-legeringen og FeCoCrNiMn højentropi-legeringsbelægningerne er ca. 683.87, 663.62 og 635.51 HV, hvilket er væsentligt højere end Vickers-hårdheden af ​​substratet (234.02 HV). Hårdhedsværdien af ​​Fe-CoCrNiMn højentropi-legeringsbelægningen er lidt lavere end Ni60A-legeringen og Fe90-legeringsbelægningen, hvilket ikke påvirker slidstyrken.

3) Slidtabene af 65Mn stålsubstrat, Ni60A legering, Fe90 legering og Fe-CoCrNiMn højentropi legering belægning er henholdsvis 9, 4, 5 og 2 mg. Slidarret fra FeCoCrNiMn højentropi-legeringsbelægning er det glatteste, med lav slidsardybde, lille materialetab og den højeste slidstyrke.