Maatalouskoneiden maaperän kanssa kosketuksiin joutuvien osien kulutuskestävyyden parantamiseksi korkean entropiaan FeCoCrNiMn-lejeeringin, Fe90-lejeeringin ja Ni60A:n seosjauheita valittiin vertailevaan tutkimukseen. Kulutusta kestävän pinnoitteen valmisti laserpinnoitustekniikka substraattina 65Mn terästä, ja sen kulumiskyky testattiin kitka- ja kulumistestikoneella. Tulokset osoittivat, että FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteella oli tihein rakenne, suhteellisen yksinkertaiset rakeet, eikä muodostunut monimutkaisia ​​metallien välisiä yhdisteitä; Ni60A- ja Fe90-lejeerinkipinnoitteiden mikrorakenteen rakejakauma oli suhteellisen epätasainen. 65 Mn terässubstraatin, Ni60A-lejeeringin, Fe90-lejeeringin ja FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteen kulumishäviöt olivat vastaavasti 9, 4, 5 ja 2 mg, ja alustan kulumishäviö oli paljon suurempi kuin pinnoitteen. Fe90- ja Ni60A-seospinnoitteiden Vickers-kovuus on 683.87 ja 663.62 HV ja Fe-CoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteen kovuus on 635.81 HV, mikä on hieman muita pinnoitteita alhaisempi, mutta sen kulutuskestävyys on hyvä.

Maatalouskoneiden ja -laitteiden nopean kehityksen myötä maatalouskoneiden maaperän kanssa kosketuksiin joutuviin osiin vaikuttaa hioma-aineiden, kuten maan ja hiekan, isku- ja kitkakuluminen pitkään, mikä asettaa korkeampia vaatimuksia perinteisen maaperän kulutuskestävyydelle. - koskettavat osat. Erilaisten kulumisenestotoimenpiteiden joukossa kaksi yleisesti käytettyä käsittelymenetelmää ovat laserverhoilu ja maata koskettavien osien vaurioituneen pinnan pinnoitus. Molemmat käyttävät erilaisia ​​täyteaineita pinnoitemateriaalin sulattamiseen tai lämmittämiseen puolisulaksi ja peittämiseksi alustan pinnalle, mikä parantaa alustan kulutuskestävyyttä. Kaksi yleisintä maata koskettavien osien pinnoitusmateriaalia ovat rautapohjaiset seokset ja nikkelipohjaiset seokset. Molemmat pinnoitemateriaalit perustuvat seoselementtiin ja parantavat pinnoitteen suorituskykyä lisäämällä muita sopivia elementtejä. Tällä hetkellä perinteisten metallimateriaalien kulutuskestävyyden parantamisen tutkimus ja soveltaminen on ollut lähellä kyllästymistä ja tutkimustila pienenee koko ajan.

Korkean entropian seokset koostuvat useista seosalkuaineista, joilla on samanlaiset atomisuhteet, tasaisemmat ja yksinkertaisemmat kiinteät liuosfaasit, joilla on korkea lujuus, korkea kulutuskestävyys ja hyvä korroosionkestävyys. Käyttämällä korkean entropian metalliseosjauhetta kulutusta kestävien pinnoitteiden valmistukseen maatalouskoneiden maata koskettaviin osiin, osilla on korkea kulutuskestävyys ja ne voivat pidentää niiden käyttöikää entisestään.

Pinnoitteiden valmistuksessa käytetään laserpinnoitustekniikkaa, jonka etuna on lämmön keskittyminen ja pieni lämpövaikutusalue. Valualueella tuotettu organisaatiorakenne poikkeaa myös muista päällystysmenetelmistä, kuten sähkökipinäpinnoituksesta, magnetronisputteroinnista ja plasmapinnoituksesta. Samanaikaisesti pinnoitteiden valmistuksessa käytetään laserpinnoitustekniikkaa ja pinnoitusorganisaatioon muodostuu amorfisia organisaatiorakenteita. Tällä hetkellä on vähän tutkimuksia korkean entropian metalliseospinnoitteiden käytöstä maatalouskoneiden maata koskettavien osien kulutusta kestävien pinnoitteiden valmistuksessa. Tässä paperissa Fe90-lejeeringin, Ni60A-lejeeringin ja FeCoCrNiMn-korkean entropian metalliseosten kulutusta kestävät pinnoitteet valmistettiin 65Mn-teräksen pinnalle laserpinnoitustekniikalla. Korkean entropian metalliseospinnoitteiden kitka- ja kulumisominaisuuksia verrattiin ja tutkittiin, ja niiden tribologisia lakeja tutkittiin, jotta saataisiin referenssi korkean entropian metalliseosten käyttölaajennukseen.

1 Kokeelliset materiaalit ja menetelmät

1. 1 Pinnoitteen valmistelu
Näytteessä käytettiin pohjamateriaalina 65 Mn korkeahiilistä jousiterästä, ja se leikattiin metallografisella leikkauskoneella näytteiksi, joiden koko oli 200 mm × 400 mm × 4 mm. Näyte jauhettiin ja kiillotettiin ennen päällystämistä, jotta näytteen pinnalla oleva oksidikerros, öljy ja muut epäpuhtaudet eivät vaikuttaisi pinnoitteen ja näytteen väliseen sidoslujuuteen. Hiontaan käytettiin vuorotellen 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 ja 2 000 hiekkapaperia. Kiillotettu näyte puhdistettiin ultraäänellä etanolissa 5 minuutin ajan, laitettiin kuivausuuniin 105 ℃:seen 10 minuutiksi ja suljettiin ja säilytettiin kuivauksen jälkeen. Peitekerroksen materiaaleiksi valittiin Fe90-lejeerinki, Ni60A-lejeerinki ja FeCoCrNiMn-seosjauhe (hiukkaskoko 45-105 μm). Testimateriaalien ja jauheiden kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1. CW-CBW-8000G-91-20L laserpäällystyslaitteiston suurin lähtöteho on 25,000 1 W. Testissä käytetään sivuakselin laajakaistaista jauheensyöttömenetelmää, argonia. suojakaasu, ja päällysteen pinnoitteen paksuus on 2 mm. Päällystysprosessin parametrit on esitetty taulukossa XNUMX.

1.2 Testin karakterisointi
65Mn-teräs on näyte S1, Ni60A-seospinnoite on näyte S2, Fe90-seospinnoite on näyte S3 ja FeCoCrNiMn-seospinnoite on näyte S4. Näytteen S1 metallografinen etsausliuos on 4 % typpihappoliuos (väkevä typpihappo ja vedetön etanoli, tilavuussuhde 4:100); näytteen S2 metallografinen etsausliuos on kuparisulfaattipentahydraattiliuos (suolahappo, vesi ja kuparisulfaatti, tilavuussuhde 10:10:1); näytteiden S3 ja S4 metallografinen etsausliuos on 5 % aqua regia (väkevä suolahappo ja väkevä typpihappo, tilavuussuhde 3:1).

Näytteen metallografinen mikrorakenne tarkkailtiin Leica DM4000M metallografisella mikroskoopilla; näytteen pinnan ja poikkileikkauksen kovuus mitattiin Jinan Timesin TMVS-1 digitaalisen näytön Vickers-kovuusmittarilla; materiaalin kitka- ja kulumiskyky havaittiin MMU-10 mikrotietokoneella ohjatulla päätypinnan kitka- ja kulumistestillä; kokeessa käytettiin tappi-kiekkokitkaparia ja hiomakuula oli ZrO2-hiomakuula, jonka halkaisija oli 6 mm. Testiparametrit olivat kuorma 50 N, nopeus 80 r/min ja kitkaaika 120 min; kulumisarpien morfologiaa näytteen kitka- ja kulutustestin jälkeen tarkkailtiin optisella mikroskoopilla.

2 Testitulokset ja analyysi

2.1 Pinnoitteen metallografinen rakenne
Kuvassa 1 on näytteiden S1, S2, S3 ja S4 pintametallografinen rakennekaavio. Kuten kuvasta 1a näkyy, näytteen S1 rakenne koostuu pääasiassa ferriitistä ja perliitistä, jotka ovat jakautuneet ristikon muotoon. Kuvasta 1b voidaan selvästi nähdä, että näytteen S2 pinnoitteen mikrorakenne on dendriittejä ja retikulaarisia eutektiikkaa, organisatorinen vaihe on suhteellisen hieno ja dendriitit suhteellisen sotkuisia ja pitkät kaistaleet ja lohkoorganisaatiot muodostuvat epäsäännöllisesti. Kuten kuvassa 1c on esitetty, näytteen S3 pinnoitteen poikkileikkauksen mikrorakenne on karkeita ja tasaisia ​​dendriittiä, lomitettuja dendriittiorganisaatioita ja suuri määrä vaaleanvärisiä kiiltäviä rakeisia saostumia. Kuten kuvasta 1d esitetään, näytteen S4 pinnoitteen poikkileikkausorganisaatio on tihein, koostuu pääasiassa tasaakselisista, tasaisesti jakautuneista kiteistä, ja epäsäännöllisiä reikiä saostuu. Neljää organisaatiota verrattaessa S4-pinnoitteen pintaraekoko on pienin, rakeet ovat tiheitä ja tasalaatuisia, rakeet ovat suhteellisen yksinkertaisia, eikä siinä ole monimutkaista metallien välisten yhdisteiden muodostumista.

2. 2 Pinnoitteen mikrokovuus
Kuva 2 on näytteiden pinnan mikrokovuuden vertailu. Näytteiden S1, S2, S3 ja S4 Vickers-kovuus on vastaavasti noin 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV ja 635.51 HV. Kuva 3 on näytteiden poikkileikkauksen mikrokovuuden vertailu. Kuvasta 3 voidaan nähdä, että näytteiden S2 ja S3 pinnoitteiden keskimääräinen Vickers-kovuus on 3-4 kertaa suurempi kuin näytteen S1, mikä viittaa siihen, että S2 ja S3 pinnoitteiden kovuus on korkeampi ja verhousmetallurginen kiteytyminen vaikutus on parempi. Näytteen S4 pinnoitepinnan keskimääräinen Vickers-kovuus on hieman pienempi kuin näytteiden S2 ja S3. Tämä johtuu siitä, että kun FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseosjauhe jähmettyy nopeasti, hilavääristymä on pieni ja FCC-kiderakenne saostuu ja dispergoituu päällyskerroksen amorfiseen aineeseen, mikä voi heijastaa jossain määrin sitä, että FeCoCrNiMn-seos, jolla on korkea entropia. pinnoitteella on hyvä sitkeys ja alhainen kovuus.

2.3 Kitka- ja kulumisominaisuudet
2.3.1 Keskimääräinen kitkakerroin
Kuva 4 on näytteiden S1, S2, S3 ja S4 keskimääräinen kitkakerroinkäyrä. Voidaan nähdä, että huoneenlämmössä näytteen S1 pinnan keskimääräinen kitkakerroin on noin 0.53, ja keskimääräinen kitkakerroin vaihtelee eniten ensimmäisten 20 minuutin aikana nousten noin 0.6:een; Ajan myötä keskimääräinen kitkakerroin pyrkii pysymään vakaana. Tämä johtuu siitä, että näytteen S1 ja ZrO2 hiomakuulan välisen kitkan alkuvaiheessa kulumisjäljen ja hiomakuulan välissä on paljon kulumisjätettä, mikä tuottaa suuren leikkausjännityksen, mikä johtaa kitkakertoimen jyrkkiin vaihteluihin. Näytteiden S2, S3 ja S4 keskimääräiset kitkakertoimet ovat noin 0.38, 0.32 ja 0.25. Kovan faasin hiukkasten kompleksinen jakautuminen näytteessä S2 saa keskimääräisen kitkakerroinkäyrän vaihtelemaan voimakkaammin. Näytteiden S3 ja S4 kovuus on paljon pienempi kuin ZrO2-hiomakuulan. Pinnoiteseosmateriaalilla, jonka kovuus on pienempi, on myös pienempi leikkauslujuus, mikä on omiaan alentamaan keskimääräistä kitkakerrointa kitkan aikana. Näytteiden S3 ja S4 keskimääräisillä kitkakerroinkäyrillä on periaatteessa sama trendi, mikä säilyttää suhteellisen vakaan dynaamisen tasapainon. Näistä näytteen S4 keskimääräinen kitkakerroin on pienin, samalla voimalla oleva kitkavoima pienin ja kulumisaste pienin. Tämä johtuu siitä, että kun näyte S4 jäähdytetään nopeasti, epäpuhtausfaasihiukkasia on vähemmän, pinnoitteen pinta on tasaisempi ja siinä on vähemmän vikoja ja kosketus ZrO2-hiomakuulan kanssa on tasaisempaa, ilman ilmeisiä ja rajuja vaihteluita.

2. 3. 2 Käytä painonpudotusta
Näytteiden kulumispainohäviötiedot on esitetty kuvassa 5. Näytteen S1 suurin kulumishäviö on 9 mg ja näytteiden S2 ja S3 kulumishäviöt ovat vastaavasti 4 mg ja 5 mg. Näistä näytteen S4 kulumishäviö on pienin, joka on 2 mg. Tämä johtuu siitä, että FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteella on yksi FCC-faasi, korkea plastisuus ja hyvä sitkeys. 50 N:n kuorman kitkasivuvaikutuksen alaisena FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseosmateriaali voi imeä suuren määrän energiaa, väsymiskuorinnan muodostaminen ei ole helppoa ja sillä on hyvä kulutuskestävyys.

2.3.3 Kulumisen morfologinen analyysi
Kuva 6 esittää kulumisarpien morfologiaa neljästä näytteestä, jotka havaittiin samoissa testiolosuhteissa 120 minuutin käytön jälkeen. Kuten kuvasta 6a voidaan nähdä, S1:llä on vakavia plastisia muodonmuutoksia sen alhaisen kokonaiskovuuden vuoksi, kulumisarven kovera pinta on karkea, liimakerrosta on paljon ja delaminaatiota tapahtuu. Kuten kuviosta 6b voidaan nähdä, näytteen S2 pinnoitepinnassa on epäsäännöllisesti jakautunut elliptisiä pistemäisiä valkoisia yhdisteitä, mikä lisää pinnoitteen kovuutta, johon liittyy ilmeisiä kulumisarpia ja yksisuuntaisia ​​uurteita. Näytteen S3 pinnoitteen pinnan kovuus on korkein, kuten kuvasta 6c näkyy, kulumisarpien leveys on kapea ja pinnoitteen pinnan urat ovat matalia. Sitä vastoin kuviossa 6d näytteen S4 pinnoitteen urat ovat erittäin sileitä, mikä johtuu päällyskerroksen yhtenäisestä rakenteesta, hienorakeista ja hyvästä kulutuskestävyydestä; urissa on ilmeisiä epäsäännöllisiä huokosia, jotka voivat johtua korkean entropian metalliseosjauheen sekoittumisesta kaasun kanssa sulassa tilassa lasersäteen korkeassa lämpötilassa ja kaasu pursuaa ulos, kun näyte jäähdytetään muodostaen huokosia .

Samoissa testiolosuhteissa mitä leveämpi testikulumisarpi on, sitä suurempi kulumispainon menetys. Vertailemalla eri näytteiden painonpudotusta kuvassa 5, voidaan nähdä, että näytteen kulumisarpien koon välinen suhde on S1> S3> S2> S4. Tämä on yhdenmukainen kuvassa 5 esitettyjen kulumisen painonpudotuksen testitulosten kanssa.

Yhteenveto

1) FeCoCrNiMn korkea entropia seospinnoite on tihein rakenne ja pienin raekoko, kun taas Ni60A- ja Fe90-seospinnoitteiden mikrorakenteen raejakauma on kaoottisempi. FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteella on suhteellisen yksinkertainen raerakenne, eikä siinä muodostu monimutkaisia ​​metallien välisiä yhdisteitä.

2) Ni60A-lejeeringin, Fe90-lejeeringin ja FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteiden Vickers-kovuus on noin 683.87, 663.62 ja 635.51 HV, mikä on merkittävästi korkeampi kuin alustan Vickers-kovuus (234.02 HV). Fe-CoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteen kovuusarvo on hieman pienempi kuin Ni60A- ja Fe90-seospinnoitteiden, mikä ei vaikuta sen kulutuskestävyyteen.

3) 65 Mn:n terässubstraatin, Ni60A-lejeeringin, Fe90-lejeeringin ja Fe-CoCrNiMn-korkean entropian metalliseospinnoitteen kulutushäviöt ovat vastaavasti 9, 4, 5 ja 2 mg. FeCoCrNiMn korkean entropian metalliseospinnoitteen kulumisarpi on tasaisin, sillä on matala kulumisarpien syvyys, pieni materiaalihävikki ja suurin kulutuskestävyys.