Selvittääkseen WC-hiukkasten vaikutusta mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin verhouspinnoitteet, FeCoCrNiMn-xWC korkea entropia metalliseospäällysteet valmistettiin NM450-teräksen pinnalle käyttämällä lasertehoa 1 200 W ja pyyhkäisynopeutta 6 mm/s. Pinnoitteiden faasia, mikrorakennetta, mekaanisia ominaisuuksia ja kulutuskestävyyttä tutkittiin röntgendiffraktometrillä (XRD), pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), Vickersin mikrokovuusmittarilla sekä kitka- ja kulumistesterillä. Tulokset osoittavat, että kun WC-hiukkasia lisätään FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteeseen, korkean entropian metalliseoskomposiittipinnoitteen mikrorakenne on pääasiassa FCC- ja BCC-faaseja, jotka sisältävät pienen määrän WC-, W2C- ja Cr7C3-faaseja, ja mikrorakenne on pylväsmäinen. kide ja solukiderakenne. Komposiittipinnoitteella, jossa on 10 % WC:tä, on paras kokonaisvaltainen suorituskyky, ja sen mikrokovuus saavuttaa maksimiarvon 484.5 HV0.3; kitkakerroin on 0.58 ja kulumishäviö ja kulumisnopeus ovat pienimmät arvoilla 0.011 4 g ja 0.857 × 10-5 g/(N·m). Komposiittipinnoitteen kulumismuoto on pääasiassa hankaavaa kulumista ja oksidatiivista kulumista, johon liittyy liiman kulumista.

Korkean entropian metalliseokset ovat nousseet uusien materiaalien tutkimuskohteena niiden etujen vuoksi: korkea lujuus, korkea kovuus, kulutuskestävyys, korroosionkestävyys ja korkean lämpötilan kestävyys. Korkean entropian metalliseosten merkittävä piirre on niiden elementtien monimuotoisuus. Toisin kuin perinteisissä lejeeringeissä, joissa on yleensä vain yksi tai kaksi päämetallialkuainetta, korkean entropian metalliseoksissa on suuri määrä aineosia, ja kunkin alkuaineen atomiosuus on suuri, yleensä 5–35%. Vaikka korkean entropian seokset sisältävät useita metallielementtejä, ne voivat muodostaa yksinkertaisen kiinteän liuosfaasin ja niillä on parempi suorituskyky kuin perinteiset seokset. Korkean entropian metalliseoksilla on monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten korkea lujuus, korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys, korkean lämpötilan kestävyys ja erinomainen korroosion- ja hapettumisenkestävyys. Näiden ominaisuuksien ansiosta korkean entropian metalliseoksilla on laajat käyttömahdollisuudet ilmailu-, auto-, petrokemian-, sähkö-, biolääketieteessä ja muilla aloilla. Laserpinnoituksella valmistetaan korkean entropian metalliseospinnoitteita, jotka sitoutuvat hyvin alustaan, ja molempien edut yhdistetään edistämään korkean entropian metalliseosten jatkokäyttöä teollisessa tuotannossa. Esimerkiksi ilmailualalla korkean entropian metalliseoksia voidaan käyttää korkean lämpötilan komponenttien ja korroosionkestävien komponenttien valmistukseen; petrokemian alalla niitä voidaan käyttää korroosionkestävien putkien ja laitteiden valmistukseen; hiilikaivoskoneiden alalla niistä voidaan valmistaa osia, joissa on lujat kulutusta kestävät pinnoitteet.

Laserpinnoitusteknologialla voidaan saavuttaa paikallista nopeaa kuumenemista ja sulamista, mikä vähentää raaka-aineiden hukkaa ja yksinkertaistaa prosessin kulkua; laserpinnoitustekniikalla on nopean jäähdytyksen ominaisuudet, mikä tekee valmistetun pinnoitteen raerakenteen hienoksi ja tasaisesti jakautuneeksi, mikä auttaa parantamaan pinnoitteen tiheyttä ja suorituskykyä, kuten kovuutta, kulutuskestävyyttä, korroosionkestävyyttä jne.; laserpäällystysprosessin aikana pinnoitteen ja alustan välille muodostuu metallurginen sidos, mikä parantaa merkittävästi pinnoitteen ja alustan välistä sidoslujuutta, auttaa pidentämään pinnoitteen käyttöikää ja vähentämään pinnoitteen irtoamista ja halkeilua; Laserpinnoitustekniikka voi korjata ja muokata viallisten osien pintaa, mikä auttaa vähentämään resurssien hukkaa ja ympäristön saastumista ja saavuttamaan kestävän kehityksen.

Viime vuosina korkean entropian metalliseosten komposiittipinnoitteen vahvistamisesta kovia hiukkasia lisäämällä on tullut kuuma tutkimusaihe. Yleisiä kovia hiukkasia ovat WC, TiC ja SiC. WC:n etuna on korkea kovuus, hyvä lämmönkestävyys ja hyvä kostutus metallien kanssa. WC-hiukkaset voivat parantaa tehokkaasti korkean entropian metalliseoskomposiittipinnoitteiden lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Tässä artikkelissa laserpinnoitustekniikkaa käytetään korkean entropian FeCoCrNiMn-seoksen tutkimiseen. Erilaisten WC-pitoisuuksien lisäämisen vaikutusta korkean entropian metalliseospinnoitteen faasikoostumukseen, mikrorakenteeseen, mikrokovuuteen ja kulutuskestävyyteen tutkitaan. Lisätyn WC:n määrää säätämällä valmistetaan FeCoCrNiMn-xWC korkean entropian metalliseoskomposiittipinnoite, jolla on hyvä suorituskyky ja se levitetään kulumista kestävän pinnoitteen valmistukseen hiilikaivoksen kaavinkuljettimen keskikaukalon pinnalle.

1 Kokeelliset materiaalit ja menetelmät
(1) Testisubstraatti Testisubstraatti oli NM450-teräs. Sen varmistamiseksi, että näytteen pinta ei sisällä epäpuhtauksia, näytteen pinta ensin kiillotettiin hiekkapaperilla, puhdistettiin sitten ultraäänellä ja lopuksi kuivattiin ennen testausta.
(2) Jauhemateriaali Testi valitsi korkean entropian FeCoCrNiMn-seosjauheen päällysteen substraattimateriaaliksi. Kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1. Jauheen hiukkaskoko on 45-105 μm. Vahvistusvaiheen hiukkasiksi valittiin WC-keramiikka. Päällystetestissä käytettiin kaksikanavaista jauheensyöttölaitetta, joka sääti WC-keramiikan lisäystä reaaliajassa testin sujuvan etenemisen varmistamiseksi. FeCoCrNiMn-xWC-seokset WC-massaosuuksilla 0, 5%, 10%, 15% ja 20% suunniteltiin valittujen jauheiden mukaan. Koostumus on esitetty taulukossa 2.
(3) Pinnoitteen valmistelu laserpinnoitus Kokeessa käytetyt prosessiparametrit ovat: laserteho 1 200 W, defocus 15 mm, skannausnopeus 6 mm/s, 99.99 % argonsuojaus päällystysprosessin aikana ja argonin virtausnopeus 15 l/min. Kokeessa on 5 näyteryhmää, ja 5 näyteryhmää testataan erikseen. Kunkin näyteryhmän pinnoitteen paksuus on 1 mm.
(4) Pinnoitteen karakterisointi Kun päällystys on valmis, testinäyte leikataan kohtisuoraan päällysteen suuntaan nähden lankaleikkauksella. Leikkauksen jälkeen näytteen pinta kiillotetaan kevyesti leikkaamisen aikana jääneiden öljytahrojen poistamiseksi, ja näytteen pinnan epäpuhtaudet puhdistetaan ultraäänilaitteella ultraäänikoneessa, jotta näyte saadaan täysin puhtaaksi ja vältetään häiriöt myöhempien testien aikana. Päällysteen makroskooppinen morfologia havaittiin käyttämällä RY-7045 stereomikroskooppia. Näytettä syöpyttiin aqua regialla (HCl:n ja HNO3:n moolisuhde oli 3:1) 10-20 sekunnin ajan. Pinnoitteen mikrorakennetta tarkkailtiin käyttämällä JSM-5610LM-pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM). Päällystysfaasi analysoitiin käyttämällä D/max2500 röntgendiffraktometriä (XRD). Pyyhkäisykulma oli 20°-100°, skannausaskel 0.05° ja skannausnopeus 4°/min. Näytteen kovuus testattiin käyttämällä PCHVT-1000Z visuaalista mikroskooppista Vickers-kovuusmittaria. Latauskuorma oli 300 g ja pitoaika 10 s.

Pinnoitteen kitka- ja kulumisominaisuudet mitattiin GHT-1000EM kitka- ja kulumistesterillä. Kitka- ja kulumisnäytteet hiottiin tasaiseksi etukäteen ja kiillotettiin, kunnes näkyviä naarmuja ei enää näkynyt. Kitkaparin materiaali oli karkaistua ja karkaistua GCr15-terästä. Kuorma oli kiinteä 300 g, testiaika 1 800 s, moottorin nopeus 450 r/min, kitkan halkaisija φ6 mm ja moottorin taajuus 17.8 Hz. Kokeen jälkeen näytteen pinnan kulumisjälkien kolmiulotteinen morfologia tarkkailtiin stereomikroskoopilla.
Pinnoitteelle on tunnusomaista kulumismäärän suhde kuorman suorittamaan työhön, ω = M/FS (1)
missä M on kulumismäärä, g; F on testikuorma, N; S on kokonaiskitkaetäisyys, S = 169 646 mm.

2 Kokeelliset tulokset ja analyysi
(1) Verhouspinnoitteen makromorfologia
Verhouspinnoitteen pinnan makromorfologia on esitetty kuvassa 1. Verhouspinnoitteen pintamorfologia on hyvin muotoiltu ja pinta tasainen. Vikoja, kuten halkeamia ja reikiä ei löydy. WC-pitoisuuden kasvaessa pinnalle tapahtuu jauheen tarttumista ja agglomeroitumista. Analyysi osoittaa, että WC-pitoisuuden kasvaessa jauheen juoksevuus laskee ja pintapäällysteen lämpötila laskee. Toinen osa johtuu sulan altaan roiskeista.
(2) Verhouspinnoitteen vaiheanalyysi
Suojapinnoitteen XRD-spektri on esitetty kuvassa 2. Kuten kuvasta 2 näkyy, FeCoCrNiMn-xWC-komposiittipinnoite koostuu pääasiassa FCC-faasista ja BCC-faasirakenteesta. Voidaan selvästi nähdä, että WC-lisäyksen lisääntyessä FCC-vaiheen diffraktiopiikki kasvaa ja BCC-faasin diffraktiopiikki pienenee. Kun WC-lisäys saavuttaa 10 % WC:tä, BCC-vaiheen diffraktiopiikki katoaa melkein kokonaan. WC-hiukkaset voivat saostua päällystematriisista saostumina. Nämä saostuneet WC-hiukkaset muodostavat lisävahvistusvaiheita pinnoitteeseen, mikä parantaa pinnoitteen kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Saostusvahvistus muuttaa pinnoitteen faasirakenteen koostumusta ja jakautumista, mikä vaikuttaa pinnoitteen yleiseen suorituskykyyn. WC:n lisääminen muuttaa lämpövaikutusvyöhykkeen mikrorakennetta ja faasikoostumusta, koska WC:n korkea sulamispiste ja lämpöstabiilisuus vaikuttavat lämpövaikutusvyöhykkeen muodostumiseen ja kehittymiseen. Tämä lämpövaikutusalueen muutos vaikuttaa edelleen pinnoitefaasirakenteen muodostumiseen ja suorituskykyyn. Toiseksi WC-hiukkaset liukenevat päällystematriisin hilaan muodostaen kiinteän liuoksen, mikä parantaa matriisin kovuutta ja lujuutta.
(3) Verhouspinnoitteen mikrorakenneanalyysi
Verhouspinnoitteen mikrorakenne on esitetty kuvassa 3. Kuten kuvasta 3(a) näkyy, kun WC-hiukkasia ei lisätä, pinnoite on pääosin tasakeskeisiä kiteitä, kiteiden pituudet kaikkiin suuntiin ovat suunnilleen samat ja etäisyys kiteiden välillä on pieni; kuten kuvioissa 3 (b) ja 3 (c) esitetään, kun 5 % WC:tä ja 10 % WC:tä lisätään, pieni määrä sulamattomia WC-hiukkasia alkaa ilmaantua komposiittipinnoitekiteisiin. Kun tasaakseliset kiteet hienoutuvat, ne muuttuvat pylväsmäisiksi dendriiteiksi ja mikrorakenteen rakeet hienonevat. 10 % WC:n lisäämisen jälkeen komposiittipinnoite on huomattavasti jalostettu; kuten kuvioissa 3 (d) ja 3 (e) esitetään, kun 15 % WC:tä ja 20 % WC:tä lisätään, komposiittipinnoitteen pylväskiteet vähenevät ja mikrorakenne on enimmäkseen solukiteitä. Tämä osoittaa, että WC-hiukkasten määrän kasvu edistää metalliseoksen rakenteen jalostumista, ja myös WC-hiukkasten ja matriisin välinen vuorovaikutus edistää hienorakeiden vahvistumista.
(4) Päällysteen kovuusanalyysi Päällysteen poikkileikkauksen mikrokovuus on esitetty kuvassa 4. FeCoCrNiMn-xWC komposiittipinnoitteen kovuus on parantunut merkittävästi WC-hiukkasten lisäämisen jälkeen. Kun WC-hiukkasia ei lisätä, pinnoitteen keskimääräinen mikrokovuus on 393.8 HV0.3; kun WC-pitoisuus on 5 %, 10 %, 15 % ja 20 %, komposiittipinnoitteen keskimääräinen mikrokovuus on 431.9 HV0.3, 484.5 HV0.3, 450.6 HV0.3 ja 430.1 HV0.3. Tämä johtuu siitä, että WC:n korkea kovuus voi tehokkaasti parantaa korkean entropian metalliseoskomposiittipinnoitteen kovuutta. Toiseksi, jotkin WC-hiukkaset muodostavat päällystyksen aikana C-elementtejä korkean lämpötilan halkeilun vuoksi, ja C-elementtien sekä Fe, Cr, W ja muiden alkuaineiden tuottamat karbidit (Fe3C, Cr7C3, W2C) edistävät myös kalvon mikrokovuuden paranemista. pinnoite.
(5) Päällysteen tribologinen analyysi Kitkakerroin-aikakäyrä on esitetty kuvassa 5. Kun WC:tä ei lisätä verhouspinnoitteeseen, komposiittipinnoitteen keskimääräinen kitkakerroin on 0.69; kun WC-hiukkasia lisätään massaosuudella 5 %, komposiittipinnoitteen kitkakerroin on 0.72; kun WC-hiukkasia lisätään 10 %:n massaosuudella, komposiittipinnoitteen keskimääräinen kitkakerroin on pienin, joka on 0.58; kun WC-hiukkasia lisätään 15 %:n massaosuudella, komposiittipinnoitteen keskimääräinen kitkakerroin on 0.86; kun WC-hiukkasia lisätään massaosuudella 20 %, komposiittipinnoitteen keskimääräinen kitkakerroin on 0.59.

Kun WC lisätään pinnoitteeseen, se voi lisätä merkittävästi pinnoitteen kovuutta. Ulkoiselle kulutukselle altistettu korkeakovuuspinnoite kestää tehokkaammin kulumishiukkasten leikkaamista ja naarmuuntumista, mikä parantaa kulumiskestävyyttä. WC:n lisääminen voi myös tarkentaa pinnoitteen raekokoa ja parantaa siten pinnoitteen lujuutta ja kovuutta. Jalostetut rakeet voivat lisätä syrjäytysliukukestävyyttä ja parantaa pinnoitteen kulutuskestävyyttä. WC-pitoisuuden kasvaessa kitkakertoimella on taipumus nousta. Tämä johtuu siitä, että liian monet WC-hiukkaset voivat heikentää pinnoitteen ja alustan välistä sidosvoimaa. Kun pinnoite altistuu ulkoiselle kulumiselle, se irtoaa todennäköisemmin alustasta, mikä vähentää kulumiskestävyyttä.
Kunkin päällyskerroksen kulumisnopeus lasketaan kaavan (1) mukaan ja eri WC-pitoisuuksilla olevien FeCoCrNiMn-xWC-komposiittipinnoitteiden kulumismäärän ja kulumisnopeuden pylväsdiagrammi piirretään kuvan 6 mukaisesti. FeCoCrNiMn:n kulumisnopeus verhouspinnoite ilman WC-hiukkasia on 1.308×10-5 g/(N·m), 5 % WC:n komposiittipinnoitteen kulumisaste on 1.278×10-5 g/(N·m), kulumisaste 10 %:n WC-komposiittipinnoite on 0.857×10-5 g/(N·m), 15 %WC-komposiittipinnoitteen kulumisaste on 0.917×10-5 g/(N·m) ja 20 %WC:n kulumisaste. komposiittipinnoite on 0.910 × 10-5 g/(N·m). Niistä 10%WC-komposiittipinnoitteen kulumismäärä ja kulumisaste ovat alhaisimmat ja kulutuskestävyys paras.
Pinnoitteen kulumisarven mikromorfologia kitka- ja kulumistestin jälkeen on esitetty kuvassa 7. Kuva 7 (a) osoittaa, että ilman WC:n lisäämistä komposiittipinnoitteen kulumisarpien morfologia osoittaa vahvaa adheesiota, pintaliimamateriaali on ilmeinen ja pääasiassa adheesio, ja pääasiallinen kulumistila on liiman kuluminen; Kuva 7 (b) esittää 5 % WC-komposiittipinnoitteen kulumisarpien morfologian. Jälki-WC:n lisäyksellä on ilmeinen kulumista vähentävä vaikutus komposiittipinnoitteeseen, mikä vähentää pinnoitteen kuoriutumista, ja kulumisalueella on ilmeisiä kyntö- ja metallioksideja; Kuva 7 (c) esittää 10 % WC-komposiittipinnoitteen kulumismorfologiaa, jossa kyntö vähenee ja kuoriutuminen lisääntyy; Kuva 7 (d) esittää 15 % WC-komposiittipinnoitteen kulumismorfologiaa, jossa on näkyvissä kuoriutuminen ja kitka-auraus ja metallioksidin määrä komposiittipinnoitteen pinnalla lisääntyy; Kuva 7 (e) esittää 20 % WC-komposiittipinnoitteen kulumisarpien morfologian. Kun WC-partikkeleita lisätään lisää, pinnoitteen kulumisalueen delaminaatio- ja irtoamisilmiö vähenee merkittävästi ja myös kuoppien tilavuus pienenee. Cr voi muodostaa karbideja kuten Cr7C3 ja Fe3C elementtien, kuten Fe ja C, kanssa ja muodostaa Cr2O3 kiinteällä voitelulla O:lla. WC muodostaa W2C kiinteän liuoksen hajoamisen jälkeen, mikä parantaa päällystekerroksen kulutuskestävyyttä. Yhteenvetona voidaan todeta, että yhdistettynä tribologiseen teoriaanalyysiin komposiittipinnoitteen kulumismuoto on pääasiassa hankaavaa kulumista ja oksidatiivista kulumista, johon liittyy liiman kulumista.

3-sovellus
Tämän artikkelin tuloksia on käytetty Xi'an Heavy Equipment Pubai Coal Mine Machinery Co., Ltd.:n hiilikaivoskuljetuksiin tarkoitetun SGZ800/1710-tyyppisen kaavinkuljettimen keskiuran pintapinnoitteen ja pinnoitteen valmistuksessa. paksuus oli 3 mm. 240 päivän teollisen kokeen jälkeen hiilikaivoksessa keskiuran kulumispaksuus oli 3–5 mm, kun taas kulutusta kestävän levyn NM450 kulutuspaksuus oli 5–10 mm, ja sen kulutuskestävyys parani huomattavasti.

4-päätelmä
(1) WC-hiukkasten lisääminen muutti merkittävästi pinnoitteen mikrorakennetta. FeCoCrNiMn-xWC-päällystepinnoitteen mikrorakenne koostuu pääasiassa tasaakselisista kiteistä ja pylväsdendriiteistä. WC-pitoisuuden kasvaessa myös WC-partikkelit ja BCC-faasit lisääntyvät ja pinnoitteen mikrorakenne jalostuu merkittävästi. Mikrorakenne on pääasiassa FCC-faasi ja BCC-faasi, ja se sisältää pienen määrän WC-, W2C- ja Cr7C3-faasia.
(2) Lisättyjen WC-hiukkasten määrällä on merkittävä vaikutus pinnoitteen mekaanisiin ominaisuuksiin. WC-pitoisuuden kasvaessa verhouskerroksen mikrokovuus kasvaa merkittävästi. 10 % WC-päällysteen pinnoitteen keskimääräinen mikrokovuus on korkein, maksimiarvolla 484.5 HV0.3.
(3) 10 % WC-päällysteen pinnoitteen kulumishäviö ja kulumisnopeus ovat pienimmät, jotka ovat 0.011 4 g ja 0.857 × 10-5 g/(N·m). Kulutuskestävyys on paras. Kulutustavat ovat pääasiassa hankaavaa kulumista ja oksidatiivista kulumista, johon liittyy liimakulumista.