Co fin de mellorar a resistencia ao desgaste das pezas de maquinaria agrícola que entran en contacto co chan, a aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn, a aliaxe Fe90 e Ni60A aliaxes en po foron seleccionados para o estudo comparativo. O revestimento resistente ao desgaste foi preparado por tecnoloxía de revestimento láser con aceiro 65Mn como substrato, e o seu rendemento ao desgaste foi probado mediante unha máquina de proba de fricción e desgaste. Os resultados mostraron que o revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn tiña a estrutura máis densa, grans relativamente sinxelos e non se formaban compostos intermetálicos complexos; a distribución de grans da microestrutura dos revestimentos de aliaxes de Ni60A e Fe90 estaba relativamente desordenada. As perdas de desgaste do substrato de aceiro 65Mn, a aliaxe Ni60A, a aliaxe Fe90 e o revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn foron de 9, 4, 5 e 2 mg respectivamente, e a perda de desgaste do substrato foi moito maior que a do revestimento. A dureza Vickers dos revestimentos de aliaxe Fe90 e Ni60A é de 683.87 e 663.62 HV, e a dureza do revestimento de aliaxe de alta entropía Fe-CoCrNiMn é de 635.81 HV, que é lixeiramente inferior ao doutros revestimentos, pero a súa resistencia ao desgaste é boa.

Co rápido desenvolvemento da maquinaria e dos equipos agrícolas, as partes que entran en contacto co chan da maquinaria agrícola vense afectadas polo desgaste por impacto e pola fricción de abrasivos como o chan e a area durante moito tempo, o que supón maiores requisitos para a resistencia ao desgaste do solo tradicional. - pezas de contacto. Entre as diversas medidas anti-desgaste, o revestimento con láser e o tratamento de superficie da superficie fallada das pezas en contacto co chan son dous métodos de tratamento de uso común. Ambos usan diferentes cargas para fundir ou quentar o material de revestimento nun estado semifundido e cubrilo na superficie do substrato, mellorando así a resistencia ao desgaste do substrato. Os dous materiais de revestimento máis comúns para pezas en contacto co chan son as aliaxes a base de ferro e as aliaxes a base de níquel. Ambos materiais de revestimento baséanse nun elemento de aliaxe e melloran o rendemento do revestimento engadindo outros elementos apropiados. Na actualidade, a investigación e aplicación para mellorar a resistencia ao desgaste dos materiais metálicos tradicionais estivo preto da saturación, e o espazo para a investigación é cada vez máis pequeno.

As aliaxes de alta entropía están compostas por unha variedade de elementos de aliaxe con relacións atómicas similares, con fases de solución sólida máis uniformes e sinxelas, que mostran unha alta resistencia, alta resistencia ao desgaste e boa resistencia á corrosión. Usando po de aliaxe de alta entropía para preparar revestimentos resistentes ao desgaste en pezas de maquinaria agrícola en contacto co chan, as pezas teñen unha alta resistencia ao desgaste e poden prolongar aínda máis a súa vida útil.

A tecnoloxía de revestimento con láser úsase para preparar revestimentos, que ten as vantaxes da concentración de calor e da pequena zona afectada pola calor. A estrutura organizativa producida na zona de fundición tamén é diferente doutros métodos de revestimento, como a deposición de electrochispa, a pulverización catódica de magnetrón e o revestimento de plasma. Ao mesmo tempo, utilízase a tecnoloxía de revestimento láser para preparar revestimentos e na organización do revestimento fórmanse estruturas organizativas amorfas. Na actualidade, hai poucos estudos sobre a aplicación de materiais de revestimento de aliaxes de alta entropía na preparación de revestimentos resistentes ao desgaste para pezas de maquinaria agrícola en contacto co chan. Neste traballo, preparáronse revestimentos resistentes ao desgaste de aliaxe Fe90, aliaxe Ni60A e FeCoCrNiMn na superficie de aceiro 65Mn mediante a tecnoloxía de revestimento láser. Comparáronse e estudaron as propiedades de rozamento e desgaste dos revestimentos de aliaxes de alta entropía, e exploráronse as súas leis tribolóxicas para proporcionar unha referencia para a expansión de aplicacións de aliaxes de alta entropía.

1 Materiais e métodos experimentais

1. 1 Preparación do revestimento
A mostra utilizou aceiro de resorte de alto carbono de 65Mn como material base, e foi cortada en mostras cun tamaño de 200 mm × 400 mm × 4 mm utilizando unha máquina de corte metalográfico. A mostra foi moída e pulida antes do revestimento para evitar que a capa de óxido, o aceite e outras impurezas na superficie da mostra afectasen a forza de unión entre o revestimento e a mostra. Para moer á súa vez utilizáronse papel de lixa 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 e 2 000. A mostra pulida limpouse por ultrasóns en etanol durante 5 minutos, colocouse nun forno de secado a 105 ℃ durante 10 minutos e selado e almacenouse despois do secado. Seleccionáronse a aliaxe Fe90, a aliaxe Ni60A e a aliaxe en po de alta entropía FeCoCrNiMn (tamaño de partícula de 45 a 105 μm) como materiais da capa de revestimento. A composición química dos materiais de proba e dos po móstrase na táboa 1. A potencia máxima de saída do equipo de revestimento láser CW-CBW-8000G-91-20L é de 25,000 W. A proba adopta o método de alimentación de po de banda ancha de eixe lateral, argón. gas protector, e o espesor do revestimento é de 1 mm. Os parámetros do proceso de revestimento móstranse na táboa 2.

1.2 Caracterización da proba
O aceiro 65Mn é a mostra S1, o revestimento de aliaxe Ni60A é a mostra S2, o revestimento de aliaxe Fe90 é a mostra S3 e o revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn é a mostra S4. A solución de gravado metalográfico da mostra S1 é unha solución de ácido nítrico ao 4% (ácido nítrico concentrado e etanol anhidro, a relación de volume é de 4: 100); a solución de gravado metalográfico da mostra S2 é unha solución de sulfato de cobre pentahidratado (ácido clorhídrico, auga e sulfato de cobre, a relación de volume é 10: 10: 1); a solución de gravado metalográfico das mostras S3 e S4 é do 5% de auga rexia (ácido clorhídrico concentrado e ácido nítrico concentrado, a relación de volume é de 3: 1).

A microestrutura metalográfica da mostra foi observada co microscopio metalográfico Leica DM4000M; a dureza da superficie e da sección transversal da mostra foi medida polo probador de dureza Vickers de pantalla dixital Jinan Times TMVS-1; o rendemento de rozamento e desgaste do material foi detectado polo comprobador de fricción e desgaste da cara de extremo controlado por microordenador MMU-10; Para a proba utilizouse o par de fricción pin-disco e a bola de moenda era unha bola de moenda de ZrO2 cun diámetro de 6 mm. Os parámetros da proba foron carga 50 N, velocidade 80 r/min e tempo de rozamento 120 min; a morfoloxía da cicatriz de desgaste despois da proba de rozamento e desgaste da mostra foi observada cun microscopio óptico.

2 Resultados e análise de probas

2.1 Estrutura metalográfica do revestimento
A figura 1 mostra o diagrama da estrutura metalográfica superficial das mostras S1, S2, S3 e S4. Como se mostra na Figura 1a, a estrutura da mostra S1 está composta principalmente por ferrita e perlita distribuídas en forma de cuadrícula. Pódese ver claramente na Figura 1b que a microestrutura do revestimento da mostra S2 son dendritas e eutécticas reticulares, a fase organizativa é relativamente fina e as dendritas son relativamente desordenadas e a franxa longa e as organizacións en bloques xéranse de forma irregular. Como se mostra na Figura 1c, a microestrutura da sección transversal do revestimento da mostra S3 é dendritas grosas e uniformes, organizacións de dendritas entrelazadas e un gran número de precipitacións granulares brillantes de cor clara. Como se mostra na Figura 1d, a organización en sección transversal do revestimento da mostra S4 é a máis densa, composta principalmente por cristais equiaxiados distribuídos uniformemente e precipitan buratos irregulares. Comparando as catro organizacións, o tamaño do gran da superficie do revestimento S4 é o máis pequeno, os grans son densos e uniformes, os grans son relativamente sinxelos e non hai formación complexa de compostos intermetálicos.

2. 2 Microdureza do revestimento
A figura 2 é unha comparación da microdureza superficial das mostras. A dureza Vickers das mostras S1, S2, S3 e S4 é de aproximadamente 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV e 635.51 HV respectivamente. A figura 3 é unha comparación da microdureza da sección transversal das mostras. Na figura 3 pódese ver que a dureza Vickers media dos revestimentos das mostras S2 e S3 é de 3 a 4 veces maior que a da mostra S1, o que indica que a dureza dos revestimentos de S2 e S3 é maior e a cristalización da metalurxia do revestimento. o efecto é mellor. A dureza Vickers media da superficie de revestimento da mostra S4 é lixeiramente inferior á das mostras S2 e S3. Isto débese a que cando o po de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn se solidifica rapidamente, a distorsión da rede é pequena e a estrutura cristalina de FCC precipitouse e dispersase no amorfo da capa de revestimento, o que pode reflectir ata certo punto que a aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn. o revestimento ten boa dureza e baixa dureza.

2.3 Propiedades de rozamento e desgaste
2.3.1 Coeficiente medio de rozamento
A figura 4 é a curva do coeficiente de rozamento medio das mostras S1, S2, S3 e S4. Pódese ver que a temperatura ambiente, o coeficiente de rozamento medio da superficie da mostra S1 é duns 0.53, e o coeficiente de rozamento medio oscila máis nos primeiros 20 minutos, ascendendo a uns 0.6; a medida que pasa o tempo, o coeficiente de rozamento medio tende a ser estable. Isto débese a que na fase inicial da fricción entre a mostra S1 e a bola de moenda ZrO2, hai moitos restos de desgaste entre a marca de desgaste e a bola de moenda, o que produce un gran esforzo cortante, o que provoca unha forte flutuación do coeficiente de fricción. Os coeficientes de rozamento medios das mostras S2, S3 e S4 son de aproximadamente 0.38, 0.32 e 0.25. A complexa distribución das partículas de fase dura na mostra S2 fai que a curva do coeficiente de rozamento medio flutue máis violentamente. A dureza das mostras S3 e S4 é moito menor que a da bola de moenda ZrO2. O material de aliaxe de revestimento con menor dureza tamén ten menor resistencia ao cizallamento, o que favorece a redución do coeficiente de fricción medio durante a fricción. As curvas do coeficiente de rozamento medio das mostras S3 e S4 teñen basicamente a mesma tendencia, mantendo un equilibrio dinámico relativamente estable. Entre eles, o coeficiente de rozamento medio da mostra S4 é o máis baixo, a forza de rozamento baixo a mesma forza é o máis pequeno e o grao de desgaste é o máis baixo. Isto débese a que cando a mostra S4 se arrefría rapidamente, hai menos partículas da fase de impurezas, a superficie do revestimento é máis lisa e ten menos defectos e o contacto coa bola de moenda ZrO2 é máis suave, sen flutuacións obvias e drásticas.

2. 3. 2 Usar a perda de peso
Os datos de perda de peso por desgaste das mostras móstranse na figura 5. A perda de desgaste máxima da mostra S1 é de 9 mg e as perdas de desgaste das mostras S2 e S3 son de 4 mg e 5 mg respectivamente. Entre eles, a perda de desgaste da mostra S4 é a máis baixa, que é de 2 mg. Isto débese a que o revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn ten unha única fase FCC, alta plasticidade e boa tenacidade. Baixo o efecto secundario da fricción dunha carga de 50 N, o material de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn pode absorber unha gran cantidade de enerxía, non é fácil de formar peeling por fatiga e ten unha boa resistencia ao desgaste.

2.3.3 Análise da morfoloxía do desgaste
A figura 6 mostra a morfoloxía da cicatriz de desgaste das catro mostras observadas nas mesmas condicións de proba despois de 120 minutos de desgaste. Como se pode ver na figura 6a, S1 ten unha deformación plástica severa debido á súa baixa dureza global, a superficie cóncava da cicatriz de desgaste é áspera, hai unha gran área de capa de unión e prodúcese delaminación. Como se pode ver na Figura 6b, a superficie de revestimento da mostra S2 distribúese irregularmente con compostos brancos en forma de punto elíptico, o que mellora a dureza do revestimento, acompañado de cicatrices de desgaste evidentes e surcos unidireccionais. A dureza da superficie de revestimento da mostra S3 é a máis alta, como se mostra na Figura 6c, o ancho da cicatriz de desgaste é estreito e as ranuras da superficie do revestimento son pouco profundas. Pola contra, na figura 6d, os sucos do revestimento da mostra S4 son moi suaves, o que se debe á estrutura uniforme da capa de revestimento, grans finos e boa resistencia ao desgaste; Hai poros irregulares obvios nas ranuras, que poden ser causados ​​​​por que o po de aliaxe de alta entropía se mestura con gas en estado fundido baixo a alta temperatura do raio láser e que o gas brota cando a mostra se arrefría para formar poros. .

Nas mesmas condicións de proba, canto maior sexa o ancho da cicatriz de desgaste da proba, maior será a perda de peso. Ao comparar a perda de peso de diferentes mostras na Figura 5, pódese ver que a relación entre o tamaño da cicatriz de desgaste da mostra é S1> S3> S2> S4. Isto é consistente cos resultados das probas de perda de peso por desgaste que se mostran na Figura 5.

Conclusión

1) A alta entropía FeCoCrNiMn revestimento de aliaxe ten a estrutura máis densa e o tamaño de gran menor, mentres que a distribución de gran microestructura dos revestimentos de aliaxe Ni60A e Fe90 é máis caótica. O revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn ten unha estrutura de gran relativamente sinxela e non se forman compostos intermetálicos complexos.

2) A dureza Vickers dos revestimentos de aliaxe Ni60A, Fe90 e FeCoCrNiMn de alta entropía é de aproximadamente 683.87, 663.62 e 635.51 HV, o que é significativamente maior que a dureza Vickers do substrato (234.02 HV). O valor de dureza do revestimento de aliaxe de alta entropía Fe-CoCrNiMn é lixeiramente inferior ao da aliaxe Ni60A e os revestimentos de aliaxe Fe90, o que non afecta a súa resistencia ao desgaste.

3) As perdas de desgaste do substrato de aceiro 65Mn, a aliaxe Ni60A, a aliaxe Fe90 e o revestimento de aliaxe de alta entropía Fe-CoCrNiMn son de 9, 4, 5 e 2 mg respectivamente. A cicatriz de desgaste do revestimento de aliaxe de alta entropía FeCoCrNiMn é a máis suave, con pouca profundidade de cicatriz de desgaste, pequena perda de material e maior resistencia ao desgaste.