Afin d'explorer l'effet des particules de WC sur la microstructure et les propriétés de Revêtements de bardage, FeCoCrNiMn-xWC haute entropie revêtements de placage en alliage Français ont été préparés sur la surface de l'acier NM450 en utilisant une puissance laser de 1 200 W et une vitesse de balayage de 6 mm/s. La phase, la microstructure, les propriétés mécaniques et la résistance à l'usure des revêtements ont été étudiées par diffractomètre à rayons X (DRX), microscope électronique à balayage (MEB), testeur de microdureté Vickers et testeur de frottement et d'usure. Les résultats montrent que lorsque des particules de WC sont ajoutées au revêtement en alliage à haute entropie FeCoCrNiMn, la microstructure du revêtement composite en alliage à haute entropie est principalement constituée de phases FCC et BCC, contenant une petite quantité de phases WC, W2C et Cr7C3, et la microstructure est une structure cristalline colonnaire et cristalline cellulaire. Le revêtement composite avec 10 % de WC a la meilleure performance globale, la microdureté atteignant une valeur maximale de 484.5 HV0.3 ; Le coefficient de frottement est de 0.58, et la perte par usure et le taux d'usure sont les plus bas à 0.011 4 g et 0.857 × 10-5 g/(N·m), respectivement. Le mode d'usure du revêtement composite est principalement l'usure abrasive et l'usure oxydative, accompagnées d'une usure adhésive.

Les alliages à haute entropie sont devenus l'objet de recherche de nouveaux matériaux en raison de leurs avantages en termes de résistance élevée, de dureté élevée, de résistance à l'usure, de résistance à la corrosion et de résistance aux températures élevées. Une caractéristique notable des alliages à haute entropie est la diversité de leurs éléments. Contrairement aux alliages traditionnels, qui ne contiennent généralement qu'un ou deux éléments métalliques principaux, les alliages à haute entropie ont un grand nombre d'éléments constitutifs et la proportion atomique de chaque élément est élevée, généralement de 5 à 35 %. Bien que les alliages à haute entropie contiennent plusieurs éléments métalliques, ils peuvent former une phase de solution solide simple et ont de meilleures performances que les alliages traditionnels. Les alliages à haute entropie ont de nombreuses excellentes propriétés, telles qu'une résistance élevée, une dureté élevée, une bonne résistance à l'usure, une résistance aux températures élevées et une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation. Ces caractéristiques font que les alliages à haute entropie ont de vastes perspectives d'application dans l'aérospatiale, l'automobile, la pétrochimie, l'énergie électrique, la biomédecine et d'autres domaines. Le placage au laser permet de préparer des revêtements en alliage à haute entropie qui adhèrent bien au substrat et de combiner les avantages des deux pour favoriser l'application ultérieure des alliages à haute entropie dans la production industrielle. Par exemple, dans le domaine de l'aérospatiale, les alliages à haute entropie peuvent être utilisés pour fabriquer des composants à haute température et des composants résistants à la corrosion ; dans le domaine de la pétrochimie, ils peuvent être utilisés pour fabriquer des tuyaux et des équipements résistants à la corrosion ; dans le domaine des machines d'extraction du charbon, ils peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces avec des revêtements à haute résistance et résistants à l'usure.

La technologie de revêtement laser peut réaliser un chauffage et une fusion rapides et locaux, réduisant ainsi le gaspillage de matières premières et simplifiant le flux de processus ; la technologie de revêtement laser présente les caractéristiques d'un refroidissement rapide, rendant la structure du grain de revêtement préparé fine et uniformément répartie, ce qui contribue à améliorer la densité et les performances du revêtement, telles que la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, etc. ; pendant le processus de revêtement laser, une liaison métallurgique est formée entre le revêtement et le substrat, ce qui améliore considérablement la force de liaison entre le revêtement et le substrat, contribue à prolonger la durée de vie du revêtement et à réduire le phénomène de perte et de fissuration du revêtement ; la technologie de revêtement laser peut réparer et modifier la surface des pièces défectueuses, ce qui contribue à réduire le gaspillage des ressources et la pollution de l'environnement et à parvenir à un développement durable.

Ces dernières années, le renforcement du revêtement composite des alliages à haute entropie par ajout de particules dures est devenu un sujet de recherche brûlant. Les particules dures courantes comprennent le WC, le TiC et le SiC. Parmi elles, le WC présente les avantages d'une dureté élevée, d'une bonne stabilité thermique et d'un bon mouillage avec les métaux. Les particules de WC peuvent améliorer efficacement la résistance, la dureté et la résistance à l'usure des revêtements composites en alliage à haute entropie. Dans cet article, la technologie de placage au laser est utilisée pour étudier l'alliage à haute entropie FeCoCrNiMn. L'influence de l'ajout de différentes teneurs en WC sur la composition de phase, la microstructure, la microdureté et la résistance à l'usure du revêtement en alliage à haute entropie est étudiée. En ajustant la quantité de WC ajoutée, un revêtement composite en alliage à haute entropie FeCoCrNiMn-xWC avec de bonnes performances est préparé, et il est appliqué à la préparation d'un revêtement résistant à l'usure sur la surface de l'auge centrale du convoyeur à raclettes de mines de charbon.

1 Matériels et méthodes expérimentaux
(1) Substrat d'essai Le substrat d'essai était en acier NM450. Pour garantir que la surface de l'échantillon était exempte d'impuretés, la surface de l'échantillon a d'abord été polie avec du papier de verre, puis nettoyée par ultrasons et enfin séchée avant le test.
(2) Matériau de poudre L'essai a sélectionné une poudre d'alliage à haute entropie FeCoCrNiMn comme matériau de substrat de revêtement. La composition chimique est indiquée dans le tableau 1. La taille des particules de poudre est de 45 à 105 μm. Les céramiques WC ont été sélectionnées comme particules de phase de renforcement. Dans l'essai de revêtement, un doseur de poudre à double canal a été utilisé pour ajuster la quantité d'ajout de céramique WC en temps réel afin d'assurer le bon déroulement de l'essai. Des alliages FeCoCrNiMn-xWC avec des fractions massiques de WC de 0, 5 %, 10 %, 15 % et 20 % ont été conçus en fonction des poudres sélectionnées. La composition est indiquée dans le tableau 2.
(3) Préparation du revêtement Le revêtement laser Les paramètres de processus utilisés dans l'expérience sont les suivants : puissance laser de 1 200 W, défocalisation de 15 mm, vitesse de balayage de 6 mm/s, protection à l'argon de 99.99 % pendant le processus de placage et débit d'argon de 15 L/min. L'expérience est conçue pour avoir 5 groupes d'échantillons, et les 5 groupes d'échantillons sont testés séparément. L'épaisseur du revêtement de chaque groupe d'échantillons est de 1 mm.
(4) Caractérisation du revêtement Une fois le revêtement terminé, l'échantillon d'essai est coupé perpendiculairement à la direction du revêtement à l'aide d'un fil de coupe. Après la découpe, la surface de l'échantillon est légèrement polie pour éliminer les taches d'huile laissées pendant la découpe, et les impuretés de la surface de l'échantillon sont nettoyées par ultrasons dans une machine à ultrasons pour rendre l'échantillon complètement propre et éliminer les interférences avec les tests ultérieurs. La morphologie macroscopique du revêtement a été observée à l'aide d'un microscope stéréo RY-7045. L'échantillon a été corrodé avec de l'eau régale (le rapport molaire de HCl à HNO3 était de 3:1) pendant 10 à 20 s. La microstructure du revêtement a été observée à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) JSM-5610LM. La phase de revêtement a été analysée à l'aide d'un diffractomètre à rayons X (DRX) D/max2500. L'angle de balayage était de 20°-100°, le pas de balayage était de 0.05° et la vitesse de balayage était de 4°/min. La dureté de l'échantillon a été testée à l'aide d'un testeur de dureté Vickers à microscope visuel PCHVT-1000Z. La charge de chargement était de 300 g et le temps de maintien était de 10 s.

Français Les caractéristiques de frottement et d'usure du revêtement ont été mesurées à l'aide d'un testeur de frottement et d'usure GHT-1000EM. Les échantillons de frottement et d'usure ont été préalablement meulés à plat et polis jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de rayures évidentes. Le matériau de la paire de frottement était de l'acier GCr15 trempé et revenu. La charge a été fixée à 300 g, la durée de l'essai était de 1 800 s, la vitesse du moteur était de 450 tr/min, le diamètre de frottement était de φ6 mm et la fréquence du moteur était de 17.8 Hz. Après l'essai, la morphologie tridimensionnelle des marques d'usure sur la surface de l'échantillon a été observée à l'aide d'un microscope stéréo.
Le revêtement est caractérisé par le rapport entre la quantité d'usure et le travail effectué par la charge, ω = M/FS (1)
Où M est la quantité d'usure, g ; F est la charge d'essai, N ; S est la distance de frottement totale, S = 169 646 mm.

2 Résultats expérimentaux et analyse
(1) Macromorphologie du revêtement de bardage
La macromorphologie de la surface du revêtement de revêtement est illustrée à la figure 1. La morphologie de surface du revêtement de revêtement est bien formée et la surface est plane. Aucun défaut tel que des fissures et des trous n'est constaté. Avec l'augmentation de la teneur en WC, la poudre colle et s'agglomére à la surface. L'analyse montre qu'avec l'augmentation de la teneur en WC, la fluidité de la poudre diminue et la température de la surface du revêtement diminue. Une autre partie est causée par les éclaboussures du bain de fusion.
(2) Analyse de phase du revêtement de placage
Le spectre de DRX du revêtement de placage est illustré à la Figure 2. Comme le montre la Figure 2, le revêtement composite FeCoCrNiMn-xWC est principalement composé d'une structure de phase FCC et de phase BCC. On peut clairement voir qu'avec l'augmentation de l'ajout de WC, le pic de diffraction de la phase FCC augmente et le pic de diffraction de la phase BCC diminue. Lorsque l'ajout de WC atteint 10 % de WC, le pic de diffraction de la phase BCC disparaît presque complètement. Les particules de WC peuvent précipiter de la matrice de revêtement sous forme de précipités. Ces particules de WC précipitées formeront des phases de renforcement supplémentaires dans le revêtement, améliorant la dureté et la résistance à l'usure du revêtement. Le renforcement par précipitation modifiera la composition et la distribution de la structure de phase du revêtement, affectant ainsi les performances globales du revêtement. L'augmentation du WC modifiera la microstructure et la composition de phase de la zone affectée par la chaleur, car le point de fusion élevé et la stabilité thermique du WC affecteront la formation et l'évolution de la zone affectée par la chaleur. Ce changement dans la zone affectée par la chaleur affectera davantage la formation et les performances de la structure de la phase de revêtement. Deuxièmement, les particules de WC se dissoudront dans le réseau de la matrice de revêtement pour former une solution solide, améliorant ainsi la dureté et la résistance de la matrice.
(3) Analyse de la microstructure du revêtement de placage
La microstructure du revêtement de placage est illustrée à la figure 3. Comme illustré à la figure 3 (a), lorsque des particules de WC ne sont pas ajoutées, le revêtement est principalement constitué de cristaux équiaxes, les longueurs des cristaux dans toutes les directions sont à peu près égales et l'espacement entre les cristaux est faible ; comme illustré aux figures 3 (b) et 3 (c), lorsque 5 % de WC et 10 % de WC sont ajoutés, une petite quantité de particules de WC non fondues commence à apparaître dans les cristaux du revêtement composite. Lorsque les cristaux équiaxes deviennent plus fins, ils se transforment en dendrites en forme de colonne et les grains de la microstructure deviennent plus fins. Après l'ajout de 10 % de WC, le revêtement composite est considérablement affiné ; comme illustré aux figures 3 (d) et 3 (e), lorsque 15 % de WC et 20 % de WC sont ajoutés, les cristaux en forme de colonne du revêtement composite diminuent et la microstructure est principalement constituée de cristaux cellulaires. Cela montre que l’augmentation du nombre de particules de WC est propice au raffinement de la structure de l’alliage, et l’interaction entre les particules de WC et la matrice favorisera également le renforcement des grains fins.
(4) Analyse de la dureté du revêtement de placage La microdureté transversale du revêtement de placage est illustrée à la Figure 4. La dureté du revêtement composite FeCoCrNiMn-xWC a été considérablement améliorée après l'ajout de particules de WC. Lorsque les particules de WC ne sont pas ajoutées, la microdureté moyenne du revêtement est de 393.8 HV0.3 ; lorsque la teneur en WC est de 5 %, 10 %, 15 % et 20 %, la microdureté moyenne du revêtement composite est de 431.9 HV0.3, 484.5 HV0.3, 450.6 HV0.3 et 430.1 HV0.3. Cela est dû au fait que la dureté élevée du WC lui-même peut améliorer efficacement la dureté du revêtement composite en alliage à haute entropie. Deuxièmement, lors du revêtement, certaines particules de WC généreront des éléments C en raison de la fissuration à haute température, et les carbures (Fe3C, Cr7C3, W2C) générés par les éléments C et Fe, Cr, W et d'autres éléments favorisent également l'amélioration de la microdureté du revêtement.
(5) Analyse tribologique du revêtement de revêtement La courbe coefficient de frottement-temps est illustrée à la Figure 5. Lorsque le WC n'est pas ajouté au revêtement de revêtement, le coefficient de frottement moyen du revêtement composite est de 0.69 ; lorsque des particules de WC sont ajoutées avec une fraction massique de 5 %, le coefficient de frottement du revêtement composite est de 0.72 ; lorsque des particules de WC sont ajoutées avec une fraction massique de 10 %, le coefficient de frottement moyen du revêtement composite est le plus petit, qui est de 0.58 ; lorsque des particules de WC sont ajoutées avec une fraction massique de 15 %, le coefficient de frottement moyen du revêtement composite est de 0.86 ; lorsque des particules de WC sont ajoutées avec une fraction massique de 20 %, le coefficient de frottement moyen du revêtement composite est de 0.59.

L'ajout de WC au revêtement peut augmenter considérablement la dureté du revêtement. Lorsqu'il est soumis à l'usure externe, le revêtement à haute dureté peut résister plus efficacement à la coupure et aux rayures des particules d'usure, améliorant ainsi la résistance à l'usure. L'ajout de WC peut également affiner la granulométrie du revêtement, améliorant ainsi la résistance et la dureté du revêtement. Les grains raffinés peuvent augmenter la résistance au glissement par dislocation et améliorer la résistance à l'usure du revêtement. Avec l'augmentation de la teneur en WC, le coefficient de frottement a tendance à augmenter. En effet, trop de particules de WC peuvent affaiblir la force de liaison entre le revêtement et le substrat. Lorsqu'il est soumis à l'usure externe, le revêtement est plus susceptible de se décoller du substrat, réduisant ainsi la résistance à l'usure.
Français Le taux d'usure de chaque couche de revêtement est calculé selon la formule (1), et le graphique à barres de la quantité d'usure et du taux d'usure des revêtements composites FeCoCrNiMn-xWC avec différentes teneurs en WC sont dessinés, comme illustré dans la Figure 6. Le taux d'usure du revêtement de revêtement FeCoCrNiMn sans particules de WC est de 1.308 × 10-5 g/(N·m), le taux d'usure du revêtement composite à 5 % de WC est de 1.278 × 10-5 g/(N·m), le taux d'usure du revêtement composite à 10 % de WC est de 0.857 × 10-5 g/(N·m), le taux d'usure du revêtement composite à 15 % de WC est de 0.917 × 10-5 g/(N·m), et le taux d'usure du revêtement composite à 20 % de WC est de 0.910 × 10-5 g/(N·m). Parmi eux, la quantité d'usure et le taux d'usure du revêtement composite 10% WC sont les plus faibles et la résistance à l'usure est la meilleure.
Français La micromorphologie de la cicatrice d'usure du revêtement après le test de frottement et d'usure est illustrée à la Figure 7. La Figure 7 (a) montre que sans ajout de WC, la morphologie de la cicatrice d'usure du revêtement composite montre une forte adhérence, le matériau adhésif de surface est évident et principalement adhérent, et le principal mode d'usure est l'usure adhésive ; La Figure 7 (b) montre la morphologie de la cicatrice d'usure du revêtement composite à 5 % de WC. L'ajout de traces de WC a un effet évident de réduction de l'usure sur le revêtement composite, réduisant le pelage du revêtement, et il y a un labourage et des oxydes métalliques évidents dans la zone d'usure ; La Figure 7 (c) montre la morphologie d'usure du revêtement composite à 10 % de WC, dans laquelle le labourage est réduit et le pelage est augmenté ; La Figure 7 (d) montre la morphologie d'usure du revêtement composite à 15 % de WC, dans laquelle le pelage et le labourage par frottement sont visibles, et l'oxyde métallique à la surface du revêtement composite augmente ; La Figure 7 (e) montre la morphologie de la cicatrice d'usure du revêtement composite à 20 % de WC. Lorsque davantage de particules de WC sont ajoutées, le phénomène de délaminage et de décollement dans la zone d'usure du revêtement est considérablement réduit, et le volume des piqûres est également réduit. Le Cr peut former des carbures tels que Cr7C3 et Fe3C avec des éléments tels que Fe et C, et former Cr2O3 avec une lubrification solide avec O. Le WC formera une solution solide W2C après décomposition, ce qui améliore la résistance à l'usure de la couche de revêtement. En résumé, combinée à l'analyse de la théorie tribologique, la forme d'usure du revêtement composite est principalement l'usure abrasive et l'usure oxydative, accompagnée d'une usure adhésive.

Application 3
Les résultats de cette étude ont été utilisés dans la production du revêtement de surface de la rainure centrale du convoyeur à raclettes de type SGZ800/1710 pour le transport dans les mines de charbon de Xi'an Heavy Equipment Pubai Coal Mine Machinery Co., Ltd., et l'épaisseur du revêtement a atteint 3 mm. Après un test industriel de 240 jours dans la mine de charbon, l'épaisseur d'usure de la rainure centrale était de 3 à 5 mm, tandis que l'épaisseur d'usure de la plaque résistante à l'usure NM450 était de 5 à 10 mm, et sa résistance à l'usure a été considérablement améliorée.

Conclusion 4
(1) L'ajout de particules de WC a considérablement modifié la microstructure du revêtement. La microstructure du revêtement de revêtement FeCoCrNiMn-xWC est principalement composée de cristaux équiaxes et de dendrites en forme de colonne. Avec l'augmentation de la teneur en WC, les particules de WC et les phases BCC augmentent également et la microstructure du revêtement est considérablement affinée. La microstructure est principalement constituée de phases FCC et BCC, et contient une petite quantité de phases WC, W2C et Cr7C3.
(2) La quantité de particules de WC ajoutées a un effet significatif sur les propriétés mécaniques du revêtement. Avec l'augmentation de la teneur en WC, la microdureté de la couche de revêtement augmente considérablement. La microdureté moyenne du revêtement de revêtement à 10 % de WC est la plus élevée, avec une valeur maximale de 484.5 HV0.3.
(3) La perte par usure et le taux d'usure du revêtement de placage à 10 % de WC sont les plus faibles, soit respectivement 0.011 4 g et 0.857 × 10-5 g/(N·m). La résistance à l'usure est la meilleure. Les modes d'usure sont principalement l'usure abrasive et l'usure oxydative, accompagnées d'une usure adhésive.