Selleks, et uurida WC-osakeste mõju mikrostruktuurile ja omadustele kattekihid, FeCoCrNiMn-xWC kõrge entroopia sulamist kattekatted valmistati NM450 terase pinnale, kasutades laseri võimsust 1 200 W ja skaneerimiskiirust 6 mm/s. Katte faasi, mikrostruktuuri, mehaanilisi omadusi ja kulumiskindlust uuriti röntgendifraktomeetri (XRD), skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM), Vickersi mikrokõvaduse testeri ning hõõrde- ja kulumistestiga. Tulemused näitavad, et kui FeCoCrNiMn kõrge entroopiaga sulamist kattele lisada WC-osakesi, on kõrge entroopiaga sulamist komposiitkatte mikrostruktuur peamiselt FCC ja BCC faasid, mis sisaldavad vähesel määral WC, W2C ja Cr7C3 faase ning mikrostruktuur on sammaskujuline. kristallide ja rakuliste kristallide struktuur. 10% WC-ga komposiitkattel on parim kõikehõlmav jõudlus, mille mikrokõvadus saavutab maksimaalse väärtuse 484.5 HV0.3; hõõrdetegur on 0.58 ning kulumiskadu ja kulumismäär on väikseimad vastavalt 0.011 4 g ja 0.857×10-5 g/(N·m). Komposiitkatte kulumisviis on peamiselt abrasiivne kulumine ja oksüdatiivne kulumine, millega kaasneb liimikulumine.

Kõrge entroopiaga sulamid on muutunud uute materjalide uurimistöö keskpunktiks nende eeliste tõttu: kõrge tugevus, kõrge kõvadus, kulumiskindlus, korrosioonikindlus ja kõrge temperatuurikindlus. Kõrge entroopiaga sulamite tähelepanuväärne omadus on nende elementide mitmekesisus. Erinevalt traditsioonilistest sulamitest, millel on tavaliselt ainult üks või kaks peamist metallielementi, on kõrge entroopiaga sulamitel suur hulk koostiselemente ja iga elemendi aatomosakaal on suur, tavaliselt 5–35%. Kuigi kõrge entroopiaga sulamid sisaldavad mitut metallielementi, võivad need moodustada lihtsa tahke lahuse faasi ja neil on parem jõudlus kui traditsioonilistel sulamid. Kõrge entroopiaga sulamitel on palju suurepäraseid omadusi, nagu kõrge tugevus, kõrge kõvadus, hea kulumiskindlus, kõrge temperatuuritaluvus ning suurepärane korrosiooni- ja oksüdatsioonikindlus. Nende omaduste tõttu on suure entroopiaga sulamitel laialdased kasutusvõimalused kosmosetööstuses, autodes, naftakeemias, elektrienergias, biomeditsiinis ja muudes valdkondades. Laserkattega valmistatakse kõrge entroopiaga sulamitest katted, mis on aluspinnaga hästi seotud, ning kombineeritakse mõlema eelised, et soodustada suure entroopiaga sulamite edasist kasutamist tööstuslikus tootmises. Näiteks kosmosetööstuses saab kõrge entroopiaga sulameid kasutada kõrge temperatuuriga komponentide ja korrosioonikindlate komponentide valmistamiseks; naftakeemia valdkonnas saab neid kasutada korrosioonikindlate torude ja seadmete valmistamiseks; söekaevandusmasinate valdkonnas saab neid kasutada ülitugevate kulumiskindlate katetega detailide valmistamiseks.

Laserkatte tehnoloogia võib saavutada kohaliku kiire kuumutamise ja sulamise, vähendades tooraine raiskamist ja lihtsustades protsessi voolu; laserkattetehnoloogial on kiire jahutamise omadused, mis muudab ettevalmistatud katte terastruktuuri peeneks ja ühtlaselt jaotuvaks, mis aitab parandada katte tihedust ja jõudlust, nagu kõvadus, kulumiskindlus, korrosioonikindlus jne; laserkatteprotsessi käigus moodustub katte ja aluspinna vahele metallurgiline side, mis parandab oluliselt katte ja aluspinna vahelist sidumistugevust, aitab pikendada katte kasutusiga ning vähendada katte eraldumise ja pragunemise nähtust; Laserkatte tehnoloogia abil saab parandada ja muuta ebaõnnestunud osade pinda, mis aitab vähendada ressursside raiskamist ja keskkonnareostust ning saavutada säästvat arengut.

Viimastel aastatel on kõrge entroopiaga sulamite komposiitkatte tugevdamine kõvade osakeste lisamisega muutunud kuumaks uurimisteemaks. Levinud kõvad osakesed on WC, TiC ja SiC. Nende hulgas on WC eelisteks kõrge kõvadus, hea termiline stabiilsus ja hea metallidega niisutamine. WC-osakesed võivad tõhusalt suurendada kõrge entroopiaga sulamist komposiitkatete tugevust, kõvadust ja kulumiskindlust. Selles artiklis kasutatakse FeCoCrNiMn kõrge entroopia sulami uurimiseks laserkatte tehnoloogiat. Uuritakse erinevate WC-sisude lisamise mõju kõrge entroopiaga sulamist katte faasi koostisele, mikrostruktuurile, mikrokõvadusele ja kulumiskindlusele. Lisatava WC koguse reguleerimisega valmistatakse FeCoCrNiMn-xWC kõrge entroopiaga sulamist hea jõudlusega komposiitkate, mis kantakse söekaevanduse kaabitsakonveieri keskmise süvendi pinnale kulumiskindla katte valmistamiseks.

1 Katsematerjalid ja meetodid
(1) Katsealus Katsealuseks oli NM450 teras. Tagamaks, et proovi pind oleks mustusevaba, poleeriti proovi pind esmalt liivapaberiga, seejärel puhastati ultraheliga ja lõpuks kuivatati enne testimist.
(2) Pulbermaterjal Katses valiti kattesubstraadi materjaliks kõrge entroopiaga sulami pulber FeCoCrNiMn. Keemiline koostis on näidatud tabelis 1. Pulbri osakeste suurus on 45–105 μm. Tugevdusfaasi osakesteks valiti WC-keraamika. Kattekatses kasutati kahe kanaliga pulbrisööturit WC-keraamika lisatava koguse reguleerimiseks reaalajas, et tagada testi sujuv kulg. FeCoCrNiMn-xWC sulamid WC massifraktsioonidega 0, 5%, 10%, 15% ja 20% kujundati vastavalt valitud pulbritele. Koostis on näidatud tabelis 2.
(3) Katte ettevalmistamine laserkatted Katses kasutatud protsessiparameetrid on: laseri võimsus 1 200 W, defookus 15 mm, skaneerimiskiirus 6 mm/s, 99.99% argoonikaitse katteprotsessi ajal ja argooni voolukiirus 15 l/min. Katse on kavandatud hõlmama 5 proovirühma ja 5 proovirühma testitakse eraldi. Iga proovirühma katte paksus on 1 mm.
(4) Katte iseloomustus Pärast katmise lõpetamist lõigatakse uuritav proov traatlõike abil katte suunaga risti. Pärast lõikamist poleeritakse proovi pind kergelt, et eemaldada lõikamisel jäänud õliplekid ning proovi pinna lisandid puhastatakse ultrahelimasinas ultraheliga, et proov oleks täiesti puhas ja välistaks häired järgnevate katsete tegemisel. Katte makroskoopilist morfoloogiat jälgiti stereomikroskoobiga RY-7045. Proovi korrodeeriti aqua regiaga (HCl ja HNO3 molaarsuhe oli 3:1) 10-20 sekundit. Katte mikrostruktuuri vaadeldi JSM-5610LM skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) abil. Kattefaasi analüüsiti röntgendifraktomeetriga D/max2500 (XRD). Skaneerimisnurk oli 20°-100°, skaneerimisetapp 0.05° ja skaneerimiskiirus 4°/min. Proovi kõvadust testiti visuaalse mikroskoopilise Vickersi kõvaduse testriga PCHVT-1000Z. Laadimiskoormus oli 300 g ja hoidmisaeg 10 s.

Katte hõõrde- ja kulumisomadusi mõõdeti GHT-1000EM hõõrde- ja kulumistesti abil. Hõõrdumis- ja kulumisproovid lihviti eelnevalt tasaseks ja poleeriti, kuni silmnähtavaid kriimustusi ei tekkinud. Hõõrdepaari materjal oli karastatud ja karastatud GCr15 teras. Koormus fikseeriti 300 g, katseaeg 1 s, mootori kiirus 800 p/min, hõõrdeläbimõõt φ450 mm ja mootori sagedus 6 Hz. Pärast katset vaadeldi stereomikroskoobi abil katsekeha pinnal olevate kulumisjälgede kolmemõõtmelist morfoloogiat.
Kattekihti iseloomustab kulumismahu ja koormuse poolt tehtud töö suhe, ω = M/FS (1)
kus M on kulumismäär, g; F on katsekoormus, N; S on kogu hõõrdekaugus, S = 169 646 mm.

2 Katsetulemused ja analüüs
(1) Kattekatte makromorfoloogia
Kattekatte pinna makromorfoloogia on näidatud joonisel 1. Kattekatte pinnamorfoloogia on hästi moodustunud ja pind on tasane. Defekte nagu praod ja augud ei leitud. WC sisalduse suurenemisega tekib pinnal pulbri kleepumist ja aglomeratsiooni. Analüüs näitab, et WC sisalduse suurenemisega pulbri voolavus väheneb ja pinnakatte temperatuur langeb. Teine osa on põhjustatud sulabasseini pritsmetest.
(2) Kattekatte faasianalüüs
Kattekatte XRD-spekter on näidatud joonisel 2. Nagu on näidatud joonisel 2, koosneb FeCoCrNiMn-xWC komposiitkate peamiselt FCC faasist ja BCC faasistruktuurist. On selgelt näha, et WC lisamise suurenemisega suureneb FCC faasi difraktsioonipiik ja BCC faasi difraktsioonipiik väheneb. Kui WC lisamine jõuab 10% WC-ni, kaob BCC faasi difraktsioonipiik peaaegu täielikult. WC-osakesed võivad kattemaatriksist sademena välja sadestuda. Need sadestunud WC-osakesed moodustavad kattes täiendavaid tugevdusfaase, parandades katte kõvadust ja kulumiskindlust. Sademete tugevdamine muudab katte faasistruktuuri koostist ja jaotust, mõjutades seeläbi katte üldist jõudlust. WC suurendamine muudab soojustsooni mikrostruktuuri ja faasikoostist, kuna WC kõrge sulamistemperatuur ja termiline stabiilsus mõjutavad soojustsooni teket ja arengut. See muutus kuumusest mõjutatud tsoonis mõjutab veelgi katte faasistruktuuri moodustumist ja toimivust. Teiseks lahustuvad WC-osakesed kattemaatriksi võres, moodustades tahke lahuse, parandades seeläbi maatriksi kõvadust ja tugevust.
(3) Kattekatte mikrostruktuuri analüüs
Kattekihi mikrostruktuur on näidatud joonisel 3. Nagu on näidatud joonisel 3 (a), siis kui WC-osakesi ei lisata, on kattekihiks põhiliselt võrdsed kristallid, kristallide pikkused kõigis suundades on ligikaudu võrdsed ja nende vahekaugus kristallide vahel on väike; nagu on näidatud joonistel 3 (b) ja 3 (c), 5% WC ja 10% WC lisamisel hakkab komposiitkatte kristallidesse ilmuma väike kogus sulamata WC osakesi. Kui võrdseteljelised kristallid muutuvad peenemaks, muutuvad need kolonnikujulisteks dendriitideks ja mikrostruktuuri terad muutuvad peenemaks. Pärast 10% WC lisamist on komposiitkate oluliselt rafineeritud; nagu on näidatud joonistel 3 (d) ja 3 (e), kui lisada 15% WC-d ja 20% WC-d, vähenevad komposiitkatte sammaskristallid ja mikrostruktuur on enamasti rakulised kristallid. See näitab, et WC-osakeste arvu suurenemine soodustab sulami struktuuri viimistlemist ning WC-osakeste ja maatriksi vaheline koostoime soodustab ka peeneteralise tugevnemist.
(4) Kattekatte kõvaduse analüüs Kattekatte ristlõike mikrokõvadus on näidatud joonisel 4. FeCoCrNiMn-xWC komposiitkatte kõvadus on pärast WC-osakeste lisamist oluliselt paranenud. Kui WC-osakesi ei lisata, on katte keskmine mikrokõvadus 393.8 HV0.3; kui WC sisaldus on 5%, 10%, 15% ja 20%, on komposiitkatte keskmine mikrokõvadus 431.9 HV0.3, 484.5 HV0.3, 450.6 HV0.3 ja 430.1 HV0.3. Seda seetõttu, et WC-poti enda kõrge kõvadus võib tõhusalt parandada kõrge entroopiaga sulamist komposiitkatte kõvadust. Teiseks tekitavad mõned WC-osakesed katmise ajal kõrgel temperatuuril pragunemise tõttu C-elemente ning C-elementide ning Fe, Cr, W ja muude elementide tekitatud karbiidid (Fe3C, Cr7C3, W2C) soodustavad samuti kihi mikrokõvaduse paranemist. katmine.
(5) Kattekatte triboloogiline analüüs Hõõrdeteguri-aja kõver on näidatud joonisel 5. Kui kattekihile ei lisata WC-d, on komposiitkatte keskmine hõõrdetegur 0.69; WC-osakeste lisamisel massiosaga 5%, on komposiitkatte hõõrdetegur 0.72; WC-osakeste lisamisel massiosaga 10%, on komposiitkatte keskmine hõõrdetegur väikseim, mis on 0.58; WC-osakeste lisamisel massiosaga 15%, on komposiitkatte keskmine hõõrdetegur 0.86; WC-osakeste lisamisel massiosaga 20%, on komposiitkatte keskmine hõõrdetegur 0.59.

Kui kattele lisada WC, võib see oluliselt suurendada katte kõvadust. Välise kulumise korral talub kõrge kõvadusega kate tõhusamalt kulumisosakeste lõikamist ja kriimustamist, parandades seeläbi kulumiskindlust. WC lisamine võib täpsustada ka katte tera suurust, parandades seeläbi katte tugevust ja kõvadust. Rafineeritud terad võivad suurendada vastupidavust dislokatsiooni libisemisele ja parandada katte kulumiskindlust. WC-poti sisu suurenemisega kipub hõõrdetegur tõusma. Seda seetõttu, et liiga palju WC-osakesi võib nõrgendada katte ja aluspinna vahelist sidumisjõudu. Välise kulumise korral koorub kattekiht suurema tõenäosusega aluspinnalt maha, vähendades seeläbi kulumiskindlust.
Iga kattekihi kulumiskiirus arvutatakse valemi (1) järgi ning koostatakse erineva WC-sisaldusega FeCoCrNiMn-xWC komposiitkatete kulumiskiiruse ja kulumiskiiruse tulpdiagramm, nagu on näidatud joonisel 6. FeCoCrNiMn kulumiskiirus kattekiht ilma WC osakesteta on 1.308×10-5 g/(N·m), 5%WC komposiitkatte kulumismäär on 1.278×10-5 g/(N·m), 10% kulumismäär WC komposiitkate on 0.857×10-5 g/(N·m), 15%WC komposiitkatte kulumismäär on 0.917×10-5 g/(N·m) ja 20%WC. komposiitkate on 0.910×10-5 g/(N·m). Nende hulgas on 10% WC-komposiitkatte kulumismäär ja kulumismäär madalaimad ning kulumiskindlus on parim.
Katte kulumisarmi mikromorfoloogia pärast hõõrde- ja kulumiskatset on näidatud joonisel 7. Jooniselt 7 (a) on näha, et ilma WC-d lisamata näitab komposiitkatte kulumisarmi morfoloogia tugevat adhesiooni, pinna liimmaterjal on ilmne ja peamiselt adhesioon ja peamine kulumisviis on liimikulumine; Joonis 7 (b) näitab 5% WC-komposiitkatte kulumisarmi morfoloogiat. Jälje-WC lisamisel on komposiitkattele ilmne kulumist vähendav toime, vähendades katte koorumist ning kulumisalal on ilmselgeid kündmis- ja metallioksiide; joonisel fig 7 (c) on kujutatud 10% WC-komposiitkatte kulumismorfoloogiat, mille puhul kündmist vähendatakse ja koorumist suurendatakse; Joonis fig 7 (d) näitab 15% WC-komposiitkatte kulumismorfoloogiat, mille puhul on nähtavad koorumine ja hõõrdumine ning komposiitkatte pinnal metallioksiidi sisaldus suureneb; Joonis 7 (e) näitab 20% WC-komposiitkatte kulumisarmi morfoloogiat. Kui lisatakse rohkem WC-osakesi, väheneb katte kulumispiirkonnas oluliselt delaminatsiooni- ja eraldumisnähtus ning väheneb ka aukude maht. Cr võib moodustada karbiide nagu Cr7C3 ja Fe3C elementidega nagu Fe ja C ning moodustada Cr2O3 tahke määrimisega O-ga. WC moodustab pärast lagunemist W2C tahke lahuse, mis parandab kattekihi kulumiskindlust. Kokkuvõtteks võib öelda, et koos triboloogilise teooria analüüsiga on komposiitkatte kulumisvorm peamiselt abrasiivne kulumine ja oksüdatiivne kulumine, millega kaasneb liimikulumine.

3 rakendus
Selle töö tulemusi on kasutatud ettevõtte Xi'an Heavy Equipment Pubai Coal Mine Machinery Co., Ltd. SGZ800/1710 tüüpi kaabitsakonveieri keskmise soone pinnakatte ja katte tootmisel söekaevanduse transpordiks. paksus ulatus 3 mm-ni. Pärast 240-päevast tööstuslikku katset söekaevanduses oli keskmise soone kulumispaksus 3–5 mm, samas kui kulumiskindla plaadi NM450 kulumispaksus oli 5–10 mm ja selle kulumiskindlus paranes oluliselt.

4i kokkuvõte
(1) WC-osakeste lisamine muutis oluliselt katte mikrostruktuuri. FeCoCrNiMn-xWC kattekihi mikrostruktuur koosneb peamiselt võrdse teljega kristallidest ja kolonnikujulistest dendriitidest. WC-i sisalduse suurenemisega suurenevad ka WC-osakesed ja BCC-faasid ning katte mikrostruktuur täiustub oluliselt. Mikrostruktuur koosneb peamiselt FCC-faasist ja BCC-faasist ning sisaldab vähesel määral WC-, W2C- ja Cr7C3-faasi.
(2) Lisatud WC-osakeste kogus mõjutab oluliselt katte mehaanilisi omadusi. WC sisalduse suurenemisega suureneb oluliselt kattekihi mikrokõvadus. 10% WC-katte katte keskmine mikrokõvadus on kõrgeim, maksimaalne väärtus on 484.5 HV0.3.
(3) 10% WC-katte katte kulumiskadu ja kulumismäär on väikseimad, mis on vastavalt 0.011 4 g ja 0.857×10-5 g/(N·m). Kulumiskindlus on parim. Kulumisrežiimid on peamiselt abrasiivne kulumine ja oksüdatiivne kulumine, millega kaasneb liimikulumine.