Sa obair seo, bhí sciath ilchodach cóimhiotal eantrópachta ard (HEA) cumhdaithe léasair ar dhromchla 2Cr ag CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 5. 5%, 0. 7%, 5. 10%, 0. 40%, mais-chodán) cóimhiotal eantrópachta ard. Rinneadh anailís ar chéim, microstructure, cruas, cuimilte agus caitheamh agus airíonna creimeadh leictreamaiceimiceach an sciath, agus pléadh éifeacht na gcáithníní ceirmeacha nano-TiB2 ar sciath HEA. Léiríonn na torthaí, nuair a bhíonn x = 2. 5%, 5. 0%, 7. 5%, tá an chéim sciath comhdhéanta de dhá chéim FCC agus BCC; nuair a bhíonn x = 10. 0%, gintear boride CrB ar bhonn an dá chéim, agus athraíonn an microstructure sciath ó chriostail equiaxed go dendrites columnar tipiciúil. Méadaíonn microhardness an sciath le méadú na gcáithníní nano-TiB2, agus nuair a bhíonn x = 10. Nuair a bhíonn ábhar TiB2 0%, sroicheann meánchruas an sciath an ceann is airde, atá HV547.11, atá thart ar 2.72 uair níos mó ná an tsubstráit. Is iad na príomhchúiseanna leis an méadú ar a chruas ná neartú réitigh soladach agus neartú scaipthe. Le méadú ar ábhar TiB2, laghdaítear caillteanas caitheamh an sciath ilchodach go suntasach. Nuair a bhíonn x = 10.0%, níl an meáchan caillteanas caitheamh ach 0.13 mg. Go ginearálta, athraíonn méadú ábhar TiB2 príomh-mheicníocht caitheamh an sciath ilchodach ó chaitheamh scríobach dian agus caitheamh ocsaídiúcháin go caitheamh scríobach beag agus caitheamh ocsaídiúcháin, agus tá an friotaíocht caitheamh feabhsaithe go mór. I dtuaslagán NaCl 3.5%, is é an friotaíocht creimeadh an sciath ilchodach is fearr nuair a x = 7.5%. Eochairfhocail: cóimhiotal ard eantrópachta (HEA), cumhdach léasair, nana-cheirmeacht, friotaíocht caitheamh, friotaíocht creimeadh

Tá cruach struchtúrach cóimhiotail 40Cr ar cheann de na steels is coitianta a úsáidtear le haghaidh piocadh meaisín mianadóireachta guail. Tá dea-airíonna meicniúla cuimsitheacha aige, toughness tionchar teocht íseal, íogaireacht íseal notch, agus cóimheas eilimint chóimhiotail réasúnta, agus mar sin úsáidtear go forleathan é sa tionscal déantúsaíochta innealra. Mar sin féin, mar gheall ar an timpeallacht oibre crua, is minic a bhíonn 40Cr brú agus lomadh nuair a bhíonn seams guail á ghearradh, atá seans maith do chaitheamh dromchla, creimeadh, dífhoirmiú fiacail agus lochtanna eile, rud a chuireann isteach go mór ar shaol na seirbhíse. Tá teicneolaíocht cumhdach léasair ar cheann de na modhanna is coitianta a úsáidtear i réimse an deisiúcháin dromchla le blianta beaga anuas. Úsáideann an teicneolaíocht seo bhíoma léasair ardfhuinnimh chun an púdar sciath agus dromchla an tsubstráit a leá agus a dhaingniú chun banna miotalóireachta maith a fhoirmiú. Ag an am céanna, tá buntáistí ag baint le cumhdach léasair freisin maidir le fuarú tapa, soladú tapa, crios beag teasa, agus struchtúr dlúth brataithe. Féadann sé cruas, friotaíocht caitheamh agus friotaíocht creimeadh an dromchla sciath a fheabhsú. Cuireann a buntáistí uathúla agus na hionchais iarratais ollmhóra imní air go forleathan. Murab ionann agus cóimhiotail thraidisiúnta, is cóimhiotail iad cóimhiotail ard-eantrópachta (HEAanna) atá comhdhéanta de chúig eilimint nó níos mó i gcóimheasa molar comhionann nó beagnach comhionann. Sa choincheap cóimhiotail traidisiúnta, nuair a dhéantar príomhghnéithe iomadúla a mheascadh, déantar comhdhúile intermetallic a tháirgeadh go héasca, rud a fhágann go bhfuil laghdú suntasach ar fheidhmíocht chuimsitheach an ábhair. Tá HEAanna difriúil. Tá “ceithre éifeacht” uathúla acu a d’fhéadfadh bac a chur ar fhoirmiú comhdhúile idirmhiotalacha, rud a fhágann go bhfuil ard-neart, cruas ard, feidhmíocht ardteochta den scoth acu agus friotaíocht caitheamh agus creimeadh. De ghnáth roinntear a struchtúr inmheánach i gcéimeanna réitigh soladach FCC, BCC, agus HCP. Feabhsaíonn HEAanna airíonna meicniúla cóimhiotail trí neartú réitigh soladach agus neartú dara céim. Tá sé léirithe ag staidéir go bhfuil éifeacht ag teicneolaíocht cumhdach léasair gráin a scagadh. Dá bhrí sin, is é an rogha is fearr HEAanna a ullmhú le cumhdach léasair.

D'fhonn cruas agus friotaíocht caitheamh bratuithe HEA a fheabhsú tuilleadh, tá taighdeoirí ag tabhairt aird níos mó agus níos mó ar éifeachtaí cáithníní ceirmeacha éagsúla (mar shampla TiC, NbC, B4C agus TiB2) ar fheidhmíocht HEAanna. Shang et al. d’ullmhaigh sciath nano-TiC-treisithe cáithníní (Cr-Fe4Co4Ni4) Cr3HEA ar dhromchla cruach dhosmálta 904L. Le TIC a chur leis, d'fheabhsaigh cruas, friotaíocht caitheamh agus friotaíocht creimeadh an sciath ilchodach de réir a chéile. Nuair a cuireadh 15% (codán toirte) TIC leis, bhí microhardness an sciath ilchodach thart ar dhá uair níos mó ná an tsubstráit. Tá Dong et al. d'ullmhaigh sciath ilchodach Al-CrCoFeNi2.1-xTiB2HEAs ar dhromchla 304 cruach dhosmálta trí chumhdach léasair ultra-ardluais. Léirigh na torthaí gur fheabhsaigh cur leis TiB2 cruas agus friotaíocht caitheamh an sciath, agus laghdaigh an ráta caitheamh le méadú cáithníní TiB2. Tá Zhao et al. treisithe cáithníní ceirmeacha ullmhaithe B4C agus SiC bratuithe HEA CoCrFeNiTi trí theicneolaíocht cumhdaigh léasair. Léirigh na torthaí go raibh an fheidhmíocht is fearr ag B4C ar fheidhmíocht cóimhiotail. Mhéadaigh an cruas sciath ó HV0.5666.2 go HV0.5886.9. Ag an am céanna, feabhsaíodh friotaíocht caitheamh teocht an tseomra, agus tháinig laghdú suntasach ar an gcomhéifeacht frithchuimilte agus ar an ráta caitheamh. I measc na gcáithníní ceirmeacha, tá cáithníní TiB2 ar cheann de na céimeanna crua a úsáidtear go coitianta. Tá cruas ard acu, comhéifeacht leathnú teirmeach íseal, cobhsaíocht theirmeach maith, agus friotaíocht caitheamh agus creimeadh den scoth. Is féidir leis na saintréithe seo feabhas a chur ar airíonna meicniúla bratuithe HEA.

Níl mórán staidéir ar éifeacht na gcáithníní ceirmeacha miotail nano-TiB2 ar fheidhmíocht CoCrFeNiSi HEA. Dá bhrí sin, d'ullmhaigh an obair seo CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%, mais-chodán, mar an gcéanna thíos) sciath ilchodach HEA ar dhromchla cruach 40Cr trí chumhdach léasair, agus rinne sé anailís ar éifeacht nana-TiB2 ar an microhardness, frithchuimilt an struchtúir sciath agus sciath ó thaobh na frithchuimilte agus an chaitheamh sciath.

1. Turgnamh

Is é an tsubstráit cruach 40Cr le méid 150 mm × 60 mm × 8 mm. Is iad na hábhair chumhdaigh ná púdair aonair 40-70 μm ard-íonachta Co, Cr, Fe, Ni, Si agus púdair 650-800 nm TiB2. Cuirtear púdair ceirmeacha miotail 2.5%, 5.0%, 7.5%, agus 10.0% TiB2 le púdair CoCrFeNiSiHEA faoi seach, agus déantar na púdair a mheascadh i muileann liathróid phláinéid KQM-ZB ar feadh 3 h. Úsáidtear léasair snáithín YLS-2000 chun cumhdach léasair a dhéanamh i bhfoirm púdair réamhshocrú. Roimh an cumhdach, déantar na púdair mheasctha a chorraí go cothrom leis an ceanglóra alcól polaivinile (2%) agus réamhshocrú ar an tsubstráit le tiús 1.45 mm. De réir réamhthaighde turgnamhach an ghrúpa taighde, is iad na paraiméadair próisis is fearr le haghaidh cumhdach cumhacht léasair 900 W, ráta scanadh 4 mm·s-1, agus trastomhas spot 2. 0 mm, ráta forluí 30%. Chun cáilíocht an chiseal cumhdaigh a chinntiú, baineadh úsáid as argón mar ghás cosanta le linn an phróisis cumhdaigh.

Tar éis an phróisis cumhdaigh, próiseáladh an sampla trí ghearradh sreinge le electrospark, agus ba é 8 mm × 8 mm × 8 mm a mhéid, agus ba é méid an tsampla forluí ná 25 mm × 8 mm × 8 mm, agus ansin snasta le páirín. Braitheadh ​​struchtúr céim an sciath cóimhiotail le diffractometer X-gha D8-Advance, ba é an sprioc-ábhar sprioc copar, agus bhí an raon scanadh 20-100 °. Roghnaíodh Aqua regia (cóimheas toirte d’aigéad hidreaclórach tiubhaithe le haigéad nítreach tiubhaithe 3:1) mar an tuaslagán creimthe, agus breathnaíodh micreascóp meiteagrafach inbhéartaithe 4XB agus micreascóp leictreoin astaithe réimse SUPRA55VP ar mhicreastruchtúr an tsampla. Baineadh úsáid as speictriméadar scaipthe fuinnimh (EDS) chun anailís a dhéanamh ar dháileadh na n-eilimintí, agus rinneadh cruas an bhrataithe a thomhas ag tástálaí microhardness. Ba é 1 000 N an t-ualach feidhmithe, agus ba é 15 s an t-am luchtaithe. Ag trasghearradh an tsampla, rinneadh an tástáil ó bharr an sciath go barr an tsubstráit. Tomhaiseadh gach sampla trí huaire agus tógadh an meánluach. Rinneadh an tástáil chaitheamh ag baint úsáide as meaisín cuimilte agus caitheamh M-5000. Roghnaíodh cuimilte cómhalartach sleamhnáin thirim. Baineadh úsáid as an péire meilt Si3N4. Ba é 20 N an gnáth-ualach, ba é an minicíocht 2 Hz, ba é 30 nóiméad an t-am caitheamh, agus ba é 20 mm an t-achar cómhalartach. Ríomhadh an treoluas sleamhnáin agus an fad sleamhnáin iomlán mar 4 cm/s agus 72 m, faoi seach.

2 Torthaí agus plé

2.1 Anailís chéim

Taispeánann Fíor 1 speictream XRD an sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2HEA. Léiríonn speictream XRD go bhfuil sciath ilchodach HEA CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%) comhdhéanta de chéim BCC agus céim FCC. Nuair a bhíonn x = 10.0%, gineann an sciath ilchodach CrB cumaisc intermetallic ar bhonn an dá chéim bhunaidh. D'fhéadfadh sé seo a bheith mar gheall ar an eantalpacht mheascadh diúltach d'eilimint B neamh-mhiotalacha agus d'eilimint Cr. Le méadú nana-TiB2, laghdaítear ábhar chéim CCFG de réir a chéile agus méadaítear ábhar chéim BCC de réir a chéile. Is é an chúis atá leis ná go gcuireann cuid d'eilimintí Ti agus B a dhianscaoileadh nana-TiB2 i gcumhdach léasair foirmiú céim BCC chun cinn, atá comhsheasmhach le torthaí roinnt staidéar roimhe seo [23-26], rud a léiríonn gur féidir le heilimintí Ti agus B a chuirtear le HEA ról cobhsaitheoir BCC agus feabhsaitheoir réitigh soladach a imirt. Ina theannta sin, níor breathnaíodh aon bhuaic díraonta TiB2 i speictream na brataithe ilchodacha go léir, rud a léiríonn go raibh na cáithníní nano-TiB2 dianscaoilte go hiomlán nó go raibh a n-uimhir faoi bhun raon braite XRD. Ag breathnú ar an íomhá méadaithe áitiúil sa chúinne uachtarach ar dheis i bhFíor 1, is féidir a fheiceáil go soiléir go bhfuil buaic díraonta (110) chéim BCC ag bogadh go dtí uillinn níos mó, rud a léiríonn go laghdaítear tairiseach laitíse BCC. D'fhéadfadh sé seo a bheith mar gheall ar dhianscaoileadh cáithníní TiB2 le linn cumhdach léasair, rud a fhágann go bhfuil na hadaimh B le ga eilimint níos lú a dhíscaoileadh agus a athsholáthar eilimintí eile i struchtúr céim BCC. De réir dhlí Bragg, aistríonn príomh bhuaic díraonta BCC an sciath cóimhiotail ar dheis. Baineadh úsáid as bunús chun an speictream XRD a fheistiú go tapa, agus ríomhadh méid gráin (D) sciath ilchodach HEA CoCrFeNiSi-xTiB2 de réir foirmle (1), mar a léirítear i dTábla 1. Is é meánmhéid gráin (D*) CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, sciath HEA, 10.0%), HEA 15.89%, 15.30% sciath cumaisc, HEA 14.97%. 14.12, 2, 2 nm, faoi seach, rud a léiríonn gur féidir le cáithníní nano-TiBXNUMX a chur le bratuithe CoCrFeNiSi HEA meánmhéid gráin na bratuithe a laghdú go héifeachtach agus struchtúr gráin na bratuithe ilchodacha a bheachtú. Tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil cáithníní TiBXNUMX ina ngníomhaire núiclithe ilchineálach coitianta ar féidir leo an ráta núiclithe a mhéadú agus mar sin na gráinní brataithe a bheachtú.
Féach foirmle (1) san fhíor, áit a bhfuil: k tairiseach (0.89), is é λ an tonnfhad X-gha (0.15405 nm), is é β leithead leath-airde an bhuaic díraonta (FWHM), agus is é θ an uillinn díraonta.

2. 2 Micreastruchtúr

Taispeántar microstructure sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2 HEA i bhFíor 2. Tá ábhar eilimint cheimiceach comhfhreagrach na gceantar marcáilte i bhFíor 2 liostaithe i dTábla 2. Ó na grianghraif SEM, is féidir a fheiceáil go bhfuil dhá réigiún éagsúla i láthair ag struchtúr sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2 HEA: dorcha liath dendrite (DR). Is struchtúir réitigh soladacha tipiciúla iad réigiúin DR agus ID i bratuithe HEA a ullmhaítear le cumhdach léasair. Ó anailís EDS ar na pointí tástála sciath, is féidir a fheiceáil go n-áirítear eilimintí Fe agus Ni den chuid is mó sa réigiún DR, agus cuimsíonn an réigiún ID eilimintí Fe, Cr agus Ti go príomha. Dá bhrí sin, comhfhreagraíonn an réigiún DR le struchtúr réitigh soladach FCC saibhir i Fe agus Ni, agus comhfhreagraíonn an réigiún ID le struchtúr réitigh soladach BCC saibhir i Fe agus Cr, atá comhsheasmhach le torthaí an anailís XRD roimhe seo. In éineacht le Fíor 2 agus Tábla 2, is féidir a fheiceáil nuair a bhíonn x = 2.5%, is struchtúr criostail aonfhoirmeach comhionann é microstructure an sciath. Nuair a x = 5.0%, athraíonn an micreastruchtúr sciath ó chriostail equiaxed go struchtúr dendrite columnar. Nuair a x = 7.5%, 10.0%, tá an microstructure sciath athrú go hiomlán i dendrite columnar. Taispeánann Figiúr 3 scanadh dromchla EDS agus dáileadh eilimint an sciath ilchodach nuair a bhíonn x = 5.0%, 10.0%. In éineacht leis na sonraí i dTábla 2, is féidir a fheiceáil nuair a chuirtear méid beag de cháithníní nano-TiB2 leis (x = 2.5%), léiríonn an sciath ilchodach deighilt soiléir eilimint Si, agus le méadú ar ábhar TiB2, lagaíonn deighilt eilimint Si de réir a chéile agus ar deireadh bíonn sé aonfhoirmeach. Tá sé seo toisc go gcuireann TiB2 a chur leis athdháileadh tuaslagóirí chun cinn, agus tá claonadh láidir ag an eilimint Ti scaradh go dtí an teorainn gráin. Déanann an neamhchineálacht áitiúil seo an eilimint Ti a dheighilt go dtí an teorainn gráin go fabhrach ná an eilimint Si, rud a chuireann bac ar leithscaradh an eilimint Si go pointe áirithe. Ina theannta sin, nuair a bhíonn x = 2.5%, 5.0%, tá an eilimint B dáileadh sách aonfhoirmeach sa sciath ilchodach mar gheall ar a ábhar réasúnta beag. Le méadú ar ábhar TiB2, tá an eilimint B ann go príomha i bhfoirm deighilte ag an teorainn gráin, rud a laghdaíonn an méid gráin tuilleadh.

2.3 Microhardness

Taispeántar cuar dáileacháin microhardness an sciath ilchodach feadh an treo doimhneachta i bhFíor 4. Tá an cuar cruas roinnte ina thrí réigiún: crios cumhdaigh, crios teasa agus crios tsubstráit. Tá gach réigiún scartha le líne poncaithe ingearach san fhíor. Tá microhardness an chrios a bhfuil tionchar ag teas sách ard toisc go bhfuil tréithe fuaraithe tapa agus soladú tapa ag cumhdach léasair. Tá an próiseas fuaraithe tapa ó stát teocht ard comhionann le múchadh, ar féidir leis an cruas a fheabhsú. Is é meán-microhardness an CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%) sciath ilchodach HEA agus tsubstráit 40Cr ná HV342.98, HV404.13, HV460.51, HV547.11, is é sin cruas gach ceann de na HV201.23, agus HV1.7 faoi seach. tá sciath ilchodach 2.0 uair, 2.0 uair, 2.5 uair, agus XNUMX uair níos mó ná an tsubstráit, faoi seach. 29 uair agus 2.72 uair. Is féidir a fheiceáil go soiléir ó Fhíor 4 go dtiocfaidh méadú de réir a chéile ar mhicrohardness an sciath ilchodach le méadú ar ábhar na gcáithníní nano-TiB2. Nuair a bhíonn x = 2.5%, 5.0%, tá microhardness an sciath sách íseal. D'fhéadfadh na cúiseanna seo a leanas a bheith san áireamh: ① Is beag an t-ábhar TiB2 leis, is beag an dóchúlacht go ndíscaoilfidh adamh Ti isteach sa tuaslagán soladach agus go gcuirfear adamh eile nó B ag dul isteach i bhfolúntais interstitial laitíse beag, is beag an saobhadh laitíse, agus níl an neartú réitigh soladach soiléir; ② Nuair a bhíonn x = 2.5%, 5.0%, ábhar chéim CCFG níos mó ná an chéim BCC, tá insínteacht chéim CCFG níos airde, ach tá a neart níos ísle ná an chéim BCC. Nuair a bhíonn x = 7.5%, 10.0%, tá microhardness an sciath sách íseal. Tá microhardness an sciath sách íseal. Nuair a bheidh x = 8.5%, 11.0%, 12.0%, 14.0%, 16.0%, 18.0%, 19.0%, 20.0%, 21.0%, 23.0%, 24.0%, 26.0%, 27.0%, 28.0%, 29.0%, 24.0%, 26.0%, 27.0%, 28%. 0%, XNUMX%, XNUMX ... Nuair a x = XNUMX%, tá an microhardness an sciath ilchodach sách ard. Tá sé seo mar gheall ar an méadú ar ábhar nano-TiB2, athraíonn céim CCFG go struchtúr céim BCC, agus tá ábhar struchtúr céim BCC sa sciath ilchodach sách ard; Le méadú ar eilimintí Ti agus B, tuaslagann na hadaimh Ti a bhfuil ga níos mó acu isteach sa tuaslagán soladach agus cuirtear adaimh eile ina n-ionad agus áitíonn siad an suíomh laitíse, agus áitíonn na hadaimh B na folúntais interstitial sa laitís mar adaimh interstitial. Mar thoradh ar éifeacht chomhcheangailte an dá cheann tá saobhadh laitíse dian, rud a chuireann feabhas ar an méid neartaithe réiteach soladach. Nuair a bhíonn x = 10.0%, gintear an CrB cumaisc intermetallic sa sciath ilchodach, rud a fhágann go neartaítear scaipeadh an sciath. Cuidíonn an soladú tapa le linn cumhdach léasair freisin chun an tuaslagthacht a fheabhsú agus feabhas a chur ar éifeacht neartú an réitigh soladach. Ina theannta sin, rialaíonn tabhairt isteach eilimint B méid gráin an sciath, déanann sé na gráin a scagadh, líon na teorainneacha gráin a mhéadú, agus tá ról ag teorainneacha gráin chun bac a chur ar ghluaiseacht dislocations, agus mar sin taispeánann an sciath microhardness ard. De réir chothromóid Hall-Petch Hg = H0 + kd1/2, tá cruas an sciath comhréireach inbhéartach le méid an ghráin.

2.4 Airíonna frithchuimilte agus caithimh

2.4.1 Comhéifeacht frithchuimilte agus meáchain caillteanas a chaitheamh

Taispeánann Fíor 5 cuar comhéifeacht frithchuimilte (COF) an sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2 HEA, a léiríonn dhá chéim éagsúla: an chéim reatha agus an chéim chaitheamh cobhsaí. Sa chéim reatha, déanann an péire cuimilte liathróid ceirmeach Si3N4 teagmháil le dromchla an chiseal cumhdaigh ar dtús. Le linn cuimilte agus caitheamh, ginfear smionagar caitheamh ar dhromchla an chiseal cumhdaigh, agus beidh frithchuimilt teagmhála pointe ann, rud a fhágann go mbeidh comhéifeacht frithchuimilte éagobhsaí agus méadaithe go suntasach. Le méadú ar an am caitheamh, méadaíonn an limistéar teagmhála cuimilte de réir a chéile agus déantar cuimilte teagmhála dromchla, rud a fhágann go mbíonn an córas frithchuimilte cobhsaí agus go dtéann sé isteach sa chéim chaitheamh cobhsaí. Ag an gcéim seo, tá COF an sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2HEA idir 0.67 agus 0.72, rud a léiríonn nach bhfuil mórán éifeacht ag ábhar na gcáithníní nano-TiB2 ar COF an sciath ilchodach sa chéim chaitheamh cobhsaí. Fuarthas feiniméin chomhchosúla i dtuarascálacha roimhe seo. Taispeánann Fíor 6a an meán-chomhéifeacht frithchuimilte idir an tsubstráit agus an sciath ilchodach. Is féidir a fháil amach go bhfuil COF an sciath ilchodach níos ísle ná sin an tsubstráit 40Cr. Taispeánann Fíor 6b meáchain caillteanas caitheamh an tsubstráit agus an sciath ilchodach. Is féidir a fheiceáil go bhfeabhsaíonn an sciath ilchodach le cáithníní nano-TiB2 go mór le hairíonna frithchuimilte agus caitheamh an tsubstráit. Nuair a bhíonn x = 10.0%, laghdaítear meáchain caillteanas caitheamh an sciath ilchodach 88% i gcomparáid leis an tsubstráit.

2.4.2 Caith toirt agus caitheamh

D'fhonn friotaíocht caitheamh an tsubstráit agus an sciath ilchodach a iniúchadh tuilleadh, rinneadh an anailís phróifíl tríthoiseach ar mharcanna caitheamh na samplaí, agus baineadh an léarscáil próifíl 3D agus cuar próifíl chaitheamh an tsubstráit agus an sciath, mar a thaispeántar i bhFíor 7. I gcomparáid leis an tsubstráit, laghdaigh leithead caitheamh agus doimhneacht an sciath go céimeanna éagsúla le méadú ar ábhar nano-TiB2. Ba iad na limistéir thrasghearrtha de scars chaitheamh an tsubstráit 40Cr agus na bratuithe CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%) ná 5 696.85, 1 250.10, 1 233.45, 1, 122.02 770.74, 2, 2 2. μm8, faoi seach, rud a léiríonn gur tháinig laghdú de réir a chéile ar an limistéar trasghearrtha de na scars caitheamh sna bratuithe le méadú ar ábhar TiB40, agus lean an méid caitheamh comhfhreagrach ag laghdú. Ag baint úsáide as foirmle (2) chun ráta caitheamh na sciath a ríomh, taispeánann Fíor 2.5 méid caitheamh agus ráta caitheamh an tsubstráit 5.0Cr agus an sciath CoCrFeNiSi-xTiB7.5 (x = 10.0%, 0.056%, 97%, 0.012%). Is iad na méideanna caitheamh atá acu ná 50 0.012, 33 0.011, 22 0.007, 71 3, agus 39.561 5 mm10, faoi seach, agus is iad na rátaí caitheamh 6 8.681 × 3-10, 6 8.565 × 6-10, 6 . 7.791×8-10, agus 6 5.352×4-10 mm6·N-3·m-1, faoi seach. Tá treocht feidhmíocht cuimilte agus caitheamh an sciath comhsheasmhach le treocht an microhardness, rud a léiríonn go bhfuil cruas ard ag gabháil go ginearálta le friotaíocht caitheamh den scoth. Nuair a bhíonn x = 1%, tá an doimhneacht caitheamh is lú, an méid caitheamh agus an ráta caitheamh is lú ag an sciath, rud a léiríonn go bhfuil an friotaíocht caitheamh is fearr ag an sciath nuair a bhíonn x = 10.0%.
Féach foirmle (2) san fhigiúr, áit a bhfuil: W an ráta caitheamh, is é Vloss an méid caitheamh, is é FN an t-ualach, agus is é H an t-achar sleamhnáin iomlán.

2.4.3 Caith mhoirfeolaíocht an dromchla

Taispeántar moirfeolaíocht dromchla caitheamh an tsampla i bhFíor 9, rud a léiríonn tuilleadh an próiseas caitheamh féideartha a bhaineann leis an tsubstráit agus an sciath ilchodach. Is é Fíor 9a deilbhíocht caitheamh scar an tsubstráit 40Cr. Taispeántar dífhoirmiúchán plaisteach soiléir ar dhromchla an tsubstráit. Is féidir líon mór claiseanna feannadh agus sraitheanna greamaitheachta a fheiceáil feadh an treo sleamhnáin. Cloíonn an smionagar caitheamh ginte leis an dromchla caitheamh. Ag an am céanna, le gníomh an fhórsa luchtaithe, cruthaítear ciseal greamaitheachta ar an dromchla caitheamh scar. Mar gheall ar microhardness íseal an tsubstráit, nuair a bhíonn sé ag sleamhnú i gcoibhneas leis an bpéire cuimilte, bíonn an fórsa luchtaithe ina chúis le dífhoirmiúchán plaisteach lomadh ar dhromchla an tsampla feadh an treo sleamhnáin. Cruthaíonn an dífhoirmiúchán plaisteach go bhfuil microcracks le feiceáil faoi scar chaitheamh an tsubstráit. Leathnaíonn agus briseadh na microcracks, rud a fhágann go bhfuil claiseanna feannadh agus dílamination ar dhromchla an tsubstráit. Ag an am céanna, tá líon beag claiseanna ar dhromchla an tsubstráit, rud a léiríonn go dtéann an tsubstráit faoi chaitheamh greamaitheacha in éineacht le méid beag de chaitheamh scríobach.

Taispeánann Figiúr 9b-e deilbhíocht scar caitheamh bratuithe ilchodacha le hábhair nana-TiB2 éagsúla. Is féidir a fheiceáil go bhfuil an scar caitheamh roinnte ina dhá chuid: an limistéar dorcha liath agus an limistéar liath éadrom. Taispeánann Fíor 10 an anailís speictrim fuinnimh ar an sampla CoCrFeNiSi-10.0% TiB2 (an suíomh tosaigh ar thaobh clé an scar caitheamh). Is féidir a fháil amach go bhfuil treocht dáileadh na n-eilimintí Si agus O sa limistéar dorcha liath comhsheasmhach, agus is féidir a fheiceáil go bhfuil an limistéar dorcha liath ocsaíd déanta ag an meascán d'eilimintí Si agus O. Nuair a dhéantar an péire frithchuimilte a chómhalartú, gintear smionagar caitheamh ocsaíd go leanúnach ar dhromchla an sciath ilchodach. Déantar na smionagar caitheamh seo a urscaoileadh ar feadh an treo frithchuimilte cómhalartach, ach ní féidir roinnt smionagar a urscaoileadh go hiomlán agus déantar iad a dhlúsú go leanúnach ag na claiseanna nó ar an dá thaobh de na marcanna caitheamh, ag cruthú ciseal ocsaíd ar dhromchla an sciath ilchodach. Mar a thaispeántar i bhFíor 9b agus c, nuair a bhíonn x = 2.5% agus 5.0%, claiseanna leathan agus líon mór de na sraitheanna ocsaíd le feiceáil ar dhromchla an sciath, in éineacht le líon beag de claiseanna spalling, agus is féidir céimeanna éagsúla de dhífhoirmiúchán plaisteach a fháil, rud a léiríonn go bhfuil an mheicníocht chaitheamh caitheamh scríobach dian agus caitheamh ocsaídiúcháin, in éineacht le caitheamh ghreamaitheach. Nuair a x = 7 . Nuair a bhíonn x = 5%, is féidir a fháil amach ó Fhíor 9f go bhfuil claiseanna de dhoimhneachtaí éagsúla ag an dromchla sciath, rud is feiniméan caitheamh scríobach tipiciúil. Tá laghdú suntasach tagtha freisin ar líon na sraitheanna ocsaíd sa limistéar dorcha liath, rud a léiríonn go bhfuil an méid caitheamh ocsaídiúcháin tar éis lagú. Ag an am céanna, tugtar faoi deara freisin, mar gheall ar ghluaisne chómhalartach an phéire frithchuimilte, go ndéantar cuid mhór teasa frithchuimilte chun an dromchla a tháthú, agus go bhfuil an micrea-nasc a foirmíodh stróicthe chun greamaitheacht scagach agus claiseanna feannadh a tháirgeadh, rud a léiríonn go bhfuil caitheamh greamaitheach ar an sciath freisin. Is fiú a thabhairt faoi deara, le linn an phróisis cuimilte agus caitheamh, go n-éireoidh an péire cuimilte cuid den chiseal ocsaíd, rud a fhágann go bhriseann an ciseal ocsaíd agus go dtáirgtear cuid mhór de bhruscar caitheamh. Mar gheall ar ard-mhicrohardness an sciath, cuireann líon mór smionagar caitheamh faoi deara go n-athraítear gluaiseacht coibhneasta an dromchla caitheamh ó fhrithchuimilt sleamhnáin go frithchuimilt rollta, rud a laghdóidh comhéifeacht frithchuimilte an sciath go pointe áirithe. Is féidir a fheiceáil ó Fhíor 9e, nuair a leanann x = 10.0%, go leanann líon na sraitheanna ocsaíd ag laghdú, go bhfuil an dromchla sciath níos réidh, agus tá claiseanna éadomhain agus cúnga le feiceáil, in éineacht le méid beag de chlaiseanna feannadh, rud a léiríonn go bhfuil caitheamh scríobach beag agus caitheamh ocsaídiúcháin ag an sciath, in éineacht le méid beag caitheamh greamaitheacha. Ón dearcadh méadaithe ar thaobh na láimhe deise de Fhíor 9e, is féidir a fheiceáil go bhfuil an chaillfidh smionagar caitheamh ón dromchla caitheamh beag i méid agus beag i líon, agus mar sin déantar tairiscint choibhneasta an dromchla caitheamh a chlaochlú i cuimilte sleamhnáin, rud a mhéadaíonn comhéifeacht frithchuimilte an sciath, atá ag teacht le treocht meán-chomhéifeacht frithchuimilte an sciath i bhFíor 6a. Mar achoimre, de réir mar a mhéadaíonn ábhar nano-TiB2, athraíonn príomh-mheicníocht caitheamh an sciath ilchodach ó chaitheamh scríobach agus caitheamh ocsaídiúcháin dian go caitheamh scríobach agus caitheamh ocsaídiúcháin beag, rud a léiríonn go bhfeabhsaíonn cur leis nano-TiB2 friotaíocht caitheamh an sciath ilchodach go suntasach.

2.5 Creimeadh leictriceimiceach

2.5.1 cuar polaraithe féideartha dinimiciúil

Taispeánann Fíor 11 na cuair dhinimiciúla polaraithe féideartha de mhaitrís 40Cr agus CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%) sciath ilchodach HEA i réiteach NaCl 3.5%. Léiríonn an tsubstráit agus an sciath ilchodach stáit den chineál céanna sa réigiún catóide, rud a léiríonn nach bhfuil aon éifeacht ag an athrú ar ábhar na gcáithníní ceirmeacha nano-TiB2 ar an gcuid catóide den chuar polaraithe. Is cosúil ardán pasivation tipiciúil sa réigiún anóid. Baineann fána cuar an chrios pasivation le leibhéal cosanta an scannáin pasivation. Nuair a bhíonn x = 7.5%, is é fána an chuar crios pasivation sciath an ceann is mó, agus tarlaíonn pasivation tánaisteach ag an am céanna, rud a léiríonn go dtáirgeann an sciath scannán pasivation denser le linn an phróisis creimeadh, rud a fheabhsaíonn friotaíocht creimeadh an scannáin passivation.

Fuarthas cumas féin-chreimeadh (Ecorr) agus dlús reatha creimeadh (Icorr) den CoCrFeNiSi-xTiB2 (x = 2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%) sciath ilchodach HEA trí úsáid a bhaint as modh eachtarshuímh cuar polaraithe Tafeel, mar a thaispeántar i dTábla 3. Go ginearálta, is féidir leis an bhféidearthacht creimeadh ábhar agus teirmeachóip a léiriú go ginearálta, an fhéidearthacht teirmeachóip agus an t-ábhar creimeadh, is féidir leis an bhféidearthacht teirmeachóip agus an t-ábhar a léiriú go ginearálta, an fhéidearthacht creimeadh ábhar Ecor. Is féidir le paraiméadar cinéiteach Icorr ráta creimeadh an ábhair [46-47] a thréithriú. Nuair a bhíonn x = 7.5%, tá an sciath ilchodach Icorr (1.252 × 10-4 A/cm2) níos ísle ná bratuithe eile, agus is é an Ecorr (-0.816 V) an ceann is mó, níos airde ná an tsubstráit agus bratuithe eile, rud a léiríonn go bhfuil an friotaíocht creimeadh is fearr ag an sciath CoCrFeNiSi-7.5% TiB2. Trí chomparáid a dhéanamh idir Icorr agus Ecorr de bhratuithe eile, is féidir a fháil amach go bhfuil friotaíocht creimeadh an sciath CoCrFeNiSi-10.0% TiB2 níos fearr ná an CoCrFeNiSi-2.5% TiB2 agus an CoCrFeNiSi-5.0% TiB2. I measc an dá cheann deiridh, tá luach Ecorr sciath CoCrFeNiSi-2.5% TiB2 níos mó ná luach CoCrFeNiSi-5.0% TiB2, cé go bhfuil a luachanna Icorrr den ord méide céanna, mar sin tá friotaíocht creimeadh sciath CoCrFeNiSi-2.5% TiB2 beagán níos fearr. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil friotaíocht creimeadh gach brataithe CoCrFeNiSi-xTiB2 níos fearr ná sin de 40Cr, rud a léiríonn go bhfuil feabhas tagtha ar chumas brataithe CoCrFeNiSi-xTiB2 cur i gcoinne Cl- cur isteach agus go bhfuil friotaíocht maith creimeadh acu. Tá friotaíocht creimeadh an tsubstráit agus gach sciath rangaithe mar CoCrFeNiSi-7.5% TiB2> CoCrFeNiSi-10.0%. 0%TiB2>CoCrFeNiSi-2. 5%TiB2>CoCrFeNiSi-5. 0% TiB2> 40Cr.

2.5.2 Anailís bhac leictriceimiceach

Is uirlis éifeachtach é speictreascópacht impedance leictriceimiceach (EIS) chun staidéar a dhéanamh ar fheidhmíocht creimthe agus ar mheicníocht creimthe. Léiríonn sé saintréithe comhdhéanamh struchtúracha an chomhéadain leictreoid trí chomparáid a dhéanamh ar a gcuar faisnéise cinéiteach agus polaraithe. Is iad Fíor 12a agus 12b léaráidí Nyquist agus Boird den tsubstráit agus sciath ilchodach CoCrFeNiSi-xTiB2 HEA. Mar atá le feiceáil ó Fíor 12a, tá cuar Nyquist an tsampla leathchiorclach, atá mar gheall ar an aistriú muirear ar an dromchla ilchineálach. Tá sé léirithe ag staidéir go bhfuil an trastomhas leathchiorcal níos mó, is amhlaidh is fearr an friotaíocht creimeadh. Is iad na trastomhais leathchiorcail de léaráid Nyquist x = 7.5%, x = 10.0%, x = 2.5%, x = 5. 0%, 40Cr, rud a léiríonn gur féidir le méid cuí cáithníní TiB2 feabhas a chur go héifeachtach ar fhriotaíocht creimeadh an sciath i réiteach NaCl 3.5%. Sa léaráid Bode, is féidir leis an modúl impedance Z méid an ionraidh Cl- a léiriú. Dá mó an luach Z, is lú an leibhéal ionraidh Cl-. Sa réigiún lár-minicíochta (1-103 Hz) de Fíor 12, léiríonn logarithm an mhodúil impedance agus an minicíocht gaol líneach le fána níos lú ná -1. Ag minicíocht sheasta 0.1 Hz, tá luach Z thart ar cóimhéid le luach na friotaíochta polaraithe (RP). Dá mhéad an RP, is deacra é an sampla a chreimeadh [51]. Mar a thaispeántar i bhFíor 12b, ag f = 10-2 Hz, is é luach Z an sciath le x = 7.5% an ceann is mó, rud a léiríonn go bhfuil friotaíocht creimeadh an scannáin éighníomhach ar an dromchla sciath is airde nuair a bhíonn x = 7.5%. Sa réigiún ardmhinicíochta de 104-105 Hz, tá an uillinn chéim gar do nialas, rud a léiríonn go bhfuil an friotaíocht réitigh íseal. Sa raon minicíochta meánach, ní shroicheann uillinn chéim na brataithe go léir 90 °, rud a léiríonn go bhfuil gné "leath-oiriúnaitheach" ag an sciath, rud a léiríonn go n-athraíonn an scannán pasivation ar an dromchla sciath de réir a chéile go ciseal toilleas íon le dea-fheidhmíocht inslithe, a bhfuil éifeacht chosanta maith aige ar an sciath. D'fhonn próiseas creimeadh an bhrataithe a mheas, déantar anailís ar speictream EIS ag baint úsáide as ciorcad coibhéiseach. Mar a thaispeántar i bhFíor 12c, is é Rs an friotaíocht réitigh, is é Rf friotaíocht scannán táirge creimeadh, is é Rct friotaíocht aistrithe muirear an leictreoid, agus úsáidtear eilimint chéim leanúnach (CPE) chun neamh-aonfhoirmeacht an chórais a chúiteamh (garbhacht an dromchla agus lochtanna dromchla), atá CPE1 agus CPE2 faoi seach. Is féidir a fheiceáil go soiléir ó Tábla 4, nuair a bhíonn x = 7.5%, Rct agus Rf an ceann is mó, rud a léiríonn freisin go bhfuil an friotaíocht creimeadh is fearr ag an sciath le x = 7.5%. Go hachomair, tá friotaíocht maith creimeadh ag 3.5% ar an tsubstráit agus ar gach sciath. Tá an friotaíocht creimeadh i dtuaslagán NaCl 5% rangaithe mar CoCrFeNiSi-7.5% TiB2> CoCrFeNiSi-10.0% TiB2> CoCrFeNiSi-2.5% TiB2> CoCrFeNiSi-5.0% TiB2> 40Cr, atá ag teacht le torthaí anailíse polarúcháin potentiodinimiciúil.

2.5.3 Deilbhíocht dromchla creimthe

Taispeánann Figiúr 13 an mhoirfeolaíocht creimeadh leictriceimiceach ar fhoshraith 40Cr agus sciath ilchodach. Is féidir a fheiceáil go soiléir go bhfuil an dromchla 40Cr garbh, is é an chéim creimeadh an ceann is tromchúisí, agus is cosúil le claiseanna pitting. Tá sé seo toisc go bhfuil níos mó eilimintí Cr ar dhromchla 40Cr, tá an scannán pasivation déanta míchothrom, déanann Cl- teagmháil leis an gcuid lag den scannán pasivation, agus foirmíonn sé clóirídeanna intuaslagtha tríd an dromchla scannáin, rud a fhágann go bhfuil cuma claiseanna pitting. x = 2.5%, 5.0%. Nuair a bhíonn x = 0.0% agus 10.0%, tá dromchla an tsubstráit ilchodach níos réidhe ná an tsubstráit 40Cr, agus tá líon beag de chlaiseanna creimeadh de mhéideanna éagsúla le feiceáil ar an dá dhromchla. Nuair a bhíonn x = 7.5%, tá an dromchla sciath réidh agus níl aon chlaiseanna creimeadh le feiceáil, rud a léiríonn go bhfuil friotaíocht maith creimeadh ag an sciath CoCrFeNiSi-7.5% TiB2. Is fiú a thabhairt faoi deara, nuair a mhéadaíonn an t-ábhar TiB2 go 10.0%, laghdaítear friotaíocht creimeadh an sciath ina ionad. Tá sé seo amhlaidh toisc go mbíonn níos mó eilimintí B sa bhratú mar thoradh ar bhreisiú iomarcach TiB2. Ón anailís XRD i bhFíor 1, is féidir a fheiceáil go bhfuil an cumaisc intermetallic CrB a ghintear sa sciath le x = 10.0%, rud a mhéadaíonn neamh-aonfhoirmeacht an scannáin pasivation agus a laghdaíonn friotaíocht creimeadh an scannáin pasivation i réiteach NaCl; cruthóidh an cumaisc intermetallic CrB microbattery sa sciath, rud a fhágann creimeadh galbhán. Mar sin, tá friotaíocht creimeadh an sciath le x = 10.0% níos fearr ná friotaíocht creimeadh an sciath le x = 7.5%. Laghdaítear sciath 5%.

Conclúidí 3

(1) Trí cháithníní nano-TiB2 a chur le sciath CoCrFeNiSi HEA, is féidir meánmhéid gráin an sciath a laghdú go héifeachtach agus struchtúr gráin na sciath ilchodach a bheachtú. Is éard atá i gcomhdhéanamh céime sciath HEA CoCrFeNiSi-xTiB2 ná céim FCC, céim BCC agus bóróid CrB. Tuaslagann adaimh Ti agus B sa tuaslagán soladach, agus bíonn saobhadh laitíse dian mar thoradh ar ghníomh comhcheangailte an dá cheann. Ón microstructure, is féidir a fheiceáil, le méadú ar ábhar TiB2, go n-aistríonn an struchtúr sciath ó chriostail equiaxed go dendrites columnar. Ag an am céanna, cuireann cur leis TiB2 bac ar leithscaradh eilimintí Si ag teorainneacha gráin.

(2) Déantar microhardness an sciath a chomhghaolú go dearfach leis an ábhar TiB2. Nuair a x = 10. 0%, sroicheann meán-microhardness an sciath an luach uasta HV547. 11, a bhfuil thart ar 2. 72 uair. Tá feabhas ar microhardness mar thoradh ar éifeacht chomhcheangailte neartú réiteach soladach, neartú scaipthe agus neartú gráin fíneáil. Méadaíonn friotaíocht caitheamh an sciath le méadú ar ábhar TiB2. Nuair a bhíonn x = 10.0%, is é an meáchan caillteanas caitheamh an ceann is lú, ag teacht ar 0.13 mg, atá 88% níos lú ná an tsubstráit. Laghdaíonn ráta caitheamh an bhrataithe freisin le méadú TiB2. Athraíonn méadú TiB2 príomh-mheicníocht caitheamh an sciath ó chaitheamh scríobach dian agus caitheamh ocsaídiúcháin go caitheamh scríobach beag agus caitheamh ocsaídiúcháin.

(3) De réir an chuar polaraithe agus torthaí feistiú EIS, is féidir le méadú ar ábhar na gcáithníní TiB2 feabhas a chur go héifeachtach ar fhriotaíocht creimeadh an sciath. Tá feabhas ar fhriotaíocht creimeadh an sciath go príomha mar gheall ar phasivation tánaisteach an sciath le linn an phróisis chreimthe, rud a tháirgeann scannán pasivation níos dlúithe agus a fheabhsaíonn an cumas chun seasamh in aghaidh Cl-ionradh. Ina measc, tá an friotaíocht creimeadh is fearr ag an sciath CoCrFeNiSi-7.5% TiB2.