Kako bi se poboljšala otpornost na habanje dijelova poljoprivrednih strojeva koji dolaze u kontakt s tlom, FeCoCrNiMn legura visoke entropije, legura Fe90 i Ni60A prahovi legura odabrani su za komparativnu studiju. Premaz otporan na habanje pripremio je tehnologija laserskog oblaganja s 65Mn čelikom kao supstratom, a njegove karakteristike trošenja ispitane su strojem za ispitivanje trenja i trošenja. Rezultati su pokazali da visokoentropijska prevlaka FeCoCrNiMn legure ima najgušću strukturu, relativno jednostavna zrna i da se ne formiraju složeni intermetalni spojevi; raspodjela zrna mikrostrukture prevlaka legura Ni60A i Fe90 bila je relativno neuredna. Gubici trošenja podloge od čelika 65Mn, legure Ni60A, legure Fe90 i prevlake visokoentropijske legure FeCoCrNiMn iznosili su 9, 4, 5 i 2 mg, a gubitak podloge bio je mnogo veći od gubitka prevlake. Vickersova tvrdoća prevlaka od legura Fe90 i Ni60A je 683.87 i 663.62 HV, a tvrdoća prevlake od legure visoke entropije Fe-CoCrNiMn je 635.81 HV, što je malo niže od ostalih prevlaka, ali je otpornost na trošenje dobra.

S brzim razvojem poljoprivrednih strojeva i opreme, dijelovi poljoprivrednih strojeva koji dolaze u dodir s tlom pod utjecajem su udarnog trošenja i trošenja trenjem abraziva kao što su zemlja i pijesak tijekom dugog vremena, što postavlja veće zahtjeve za otpornost na habanje tradicionalnog tla. -kontaktni dijelovi. Među raznim mjerama protiv habanja, lasersko oblaganje i površinska obrada oštećene površine dijelova koji dolaze u kontakt s tlom dvije su najčešće korištene metode obrade. Oba koriste različita punila za topljenje ili zagrijavanje materijala za premazivanje u polu-taljeno stanje i prekrivanje na površini supstrata, čime se poboljšava otpornost supstrata na trošenje. Dva najčešća materijala za premazivanje dijelova koji dolaze u kontakt s tlom su legure na bazi željeza i legure na bazi nikla. Oba materijala za premazivanje temelje se na elementu legure i poboljšavaju učinak premaza dodavanjem drugih odgovarajućih elemenata. Trenutačno je istraživanje i primjena poboljšanja otpornosti na habanje tradicionalnih metalnih materijala blizu zasićenja, a prostor za istraživanje je sve manji.

Visokoentropijske legure sastoje se od raznih legirajućih elemenata sa sličnim atomskim omjerima, s ujednačenijim i jednostavnijim fazama čvrste otopine, pokazujući visoku čvrstoću, visoku otpornost na trošenje i dobru otpornost na koroziju. Korištenjem praha legure visoke entropije za pripremu premaza otpornih na habanje na dijelovima poljoprivrednih strojeva koji dolaze u dodir s tlom, dijelovi imaju visoku otpornost na habanje i mogu dodatno produžiti svoj vijek trajanja.

Za izradu premaza koristi se tehnologija laserskog oblaganja, koja ima prednosti koncentracije topline i male zone utjecaja topline. Organizacijska struktura koja se proizvodi u području lijevanja također se razlikuje od drugih metoda oblaganja, kao što je taloženje elektroiskrom, magnetronsko raspršivanje i plazma oblaganje. Istodobno se za pripremu premaza koristi tehnologija laserskog oblaganja, au organizaciji premaza formiraju se amorfne organizacijske strukture. Trenutačno postoji nekoliko studija o primjeni visokoentropijskih materijala za prevlačenje legura u pripremi premaza otpornih na habanje za dijelove poljoprivrednih strojeva koji dolaze u dodir s tlom. U ovom su radu prevlake otporne na habanje legure Fe90, legure Ni60A i visokoentropijske legure FeCoCrNiMn pripremljene na površini čelika 65Mn tehnologijom laserskog oblaganja. Svojstva trenja i trošenja visokoentropijskih legura uspoređena su i proučena, a njihovi tribološki zakoni istraženi su kako bi se pružila referenca za proširenje primjene visokoentropijskih legura.

1 Eksperimentalni materijali i metode

1. 1 Priprema premaza
Uzorak je koristio opružni čelik 65Mn s visokim udjelom ugljika kao osnovni materijal, a izrezan je na uzorke veličine 200 mm × 400 mm × 4 mm pomoću stroja za metalografsko rezanje. Uzorak je brušen i poliran prije oblaganja kako bi se spriječilo da oksidni sloj, ulje i druge nečistoće na površini uzorka utječu na čvrstoću veze između premaza i uzorka. Za brušenje su redom korišteni brusni papiri granulacije 80, 120, 220, 800, 1, 000 i 1. Polirani uzorak je ultrazvučno očišćen u etanolu 500 minuta, stavljen u sušionicu na 2 ℃ 000 minuta te zatvoren i pohranjen nakon sušenja. Legura Fe5, legura Ni105A i prah visokoentropijske legure FeCoCrNiMn (veličina čestica od 10 do 90 μm) odabrani su kao materijali za sloj obloge. Kemijski sastav ispitnih materijala i prahova prikazan je u tablici 60. Maksimalna izlazna snaga CW-CBW-45G-105-1L laserske opreme za oblaganje je 8000 91 W. Test usvaja metodu širokopojasnog dodavanja praha po bočnoj osi, argon zaštitni plin, a debljina obloge je 20 mm. Parametri procesa oblaganja prikazani su u tablici 25,000.

1.2 Karakterizacija ispitivanja
Čelik 65Mn je uzorak S1, prevlaka od legure Ni60A je uzorak S2, prevlaka od legure Fe90 je uzorak S3, a prevlaka od legure visoke entropije FeCoCrNiMn je uzorak S4. Otopina za metalografsko jetkanje uzorka S1 je 4% otopina dušične kiseline (koncentrirana dušična kiselina i bezvodni etanol, volumni omjer je 4:100); otopina za metalografsko jetkanje uzorka S2 je otopina bakrenog sulfata pentahidrata (klorovodična kiselina, voda i bakar sulfat, volumni omjer je 10:10:1); otopina za metalografsko jetkanje uzoraka S3 i S4 je 5%-tna vodenica (koncentrirana klorovodična kiselina i koncentrirana dušična kiselina, volumni omjer je 3:1).

Metalografska mikrostruktura uzorka promatrana je metalografskim mikroskopom Leica DM4000M; tvrdoća površine i poprečnog presjeka uzorka izmjerena je Jinan Times TMVS-1 digitalnim zaslonom za mjerenje tvrdoće po Vickersu; performanse trenja i trošenja materijala detektirane su pomoću MMU-10 mikroračunala kontroliranog ispitivača trenja i trošenja čeone strane; za ispitivanje je korišten tarni par klin-disk, a kugla za mljevenje je bila ZrO2 kugla za mljevenje promjera 6 mm. Parametri ispitivanja bili su opterećenje 50 N, brzina 80 o/min i vrijeme trenja 120 min; morfologija ožiljka od trošenja nakon ispitivanja trenjem i trošenjem uzorka promatrana je optičkim mikroskopom.

2 Rezultati ispitivanja i analiza

2.1 Metalografska struktura prevlake
Na slici 1 prikazan je površinski dijagram metalografske strukture uzoraka S1, S2, S3 i S4. Kao što je prikazano na slici 1a, struktura uzorka S1 uglavnom se sastoji od ferita i perlita raspoređenih u obliku mreže. Na slici 1b jasno se može vidjeti da mikrostrukturu prevlake uzorka S2 čine dendriti i mrežasta eutektika, organizacijska faza je relativno fina, a dendriti su relativno neuredni, a dugačke trake i blokovite organizacije generiraju se nepravilno. Kao što je prikazano na slici 1c, mikrostruktura poprečnog presjeka prevlake uzorka S3 sastoji se od grubih i jednolikih dendrita, isprepletenih organizacija dendrita i velikog broja svijetlih sjajnih zrnatih taloga. Kao što je prikazano na slici 1d, organizacija poprečnog presjeka prevlake uzorka S4 je najgušća, uglavnom se sastoji od jednakoosnih kristala koji su ravnomjerno raspoređeni, a nepravilne rupe su precipitirane. Uspoređujući četiri organizacije, veličina površinskog zrna S4 prevlake je najmanja, zrna su gusta i ujednačena, zrna su relativno jednostavna i nema formiranja složenih intermetalnih spojeva.

2. 2 Mikrotvrdoća prevlake
Slika 2 je usporedba površinske mikrotvrdoće uzoraka. Tvrdoća po Vickersu uzoraka S1, S2, S3 i S4 iznosi oko 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV i 635.51 HV redom. Slika 3 je usporedba mikrotvrdoće poprečnog presjeka uzoraka. Na slici 3 može se vidjeti da je prosječna Vickersova tvrdoća prevlaka uzoraka S2 i S3 3 do 4 puta veća od tvrdoće uzorka S1, što ukazuje da je tvrdoća prevlaka S2 i S3 veća i da je kristalizacija metalurgije obloge veća. učinak je bolji. Prosječna Vickersova tvrdoća površine premaza uzorka S4 nešto je niža nego kod uzoraka S2 i S3. To je zato što kada se prah legure visoke entropije FeCoCrNiMn brzo skrutne, izobličenje rešetke je malo, a FCC kristalna struktura se istaloži i rasprši u amorfnom sloju omotača, što može u određenoj mjeri odražavati da legura visoke entropije FeCoCrNiMn premaz ima dobru žilavost i nisku tvrdoću.

2.3 Svojstva trenja i trošenja
2.3.1 Prosječni koeficijent trenja
Slika 4 je krivulja prosječnog koeficijenta trenja uzoraka S1, S2, S3 i S4. Vidljivo je da je na sobnoj temperaturi prosječni koeficijent trenja površine uzorka S1 oko 0.53, a prosječni koeficijent trenja najviše fluktuira u prvih 20 minuta, penjući se do oko 0.6; kako vrijeme prolazi, prosječni koeficijent trenja nastoji biti stabilan. To je zato što u ranoj fazi trenja između uzorka S1 i ZrO2 kugle za mljevenje postoji mnogo ostataka istrošenosti između traga istrošenosti i kugle za mljevenje, što proizvodi veliko smično naprezanje, što rezultira oštrom fluktuacijom koeficijenta trenja. Prosječni koeficijenti trenja uzoraka S2, S3 i S4 su oko 0.38, 0.32 i 0.25. Složena raspodjela čestica tvrde faze u uzorku S2 uzrokuje jače fluktuacije krivulje prosječnog koeficijenta trenja. Tvrdoća uzoraka S3 i S4 znatno je manja od tvrdoće ZrO2 mljevene kugle. Legura za oblaganje s nižom tvrdoćom također ima nižu čvrstoću na smicanje, što pogoduje smanjenju prosječnog koeficijenta trenja tijekom trenja. Krivulje prosječnog koeficijenta trenja uzoraka S3 i S4 imaju u osnovi isti trend, održavajući relativno stabilnu dinamičku ravnotežu. Među njima, prosječni koeficijent trenja uzorka S4 je najmanji, sila trenja pod istom silom je najmanja, a stupanj istrošenosti je najmanji. To je zato što kada se uzorak S4 brzo ohladi, ima manje čestica faze nečistoće, površina premaza je glatkija i ima manje nedostataka, a kontakt s kuglom za mljevenje ZrO2 je glatkiji, bez očitih i drastičnih fluktuacija.

2. 3. 2 Nosite mršavljenje
Podaci o gubitku težine trošenjem uzoraka prikazani su na slici 5. Maksimalni gubitak trošenjem uzorka S1 iznosi 9 mg, a gubici trošenjem uzoraka S2 i S3 iznose 4 mg odnosno 5 mg. Među njima najmanji je gubitak trošenjem uzorka S4, koji iznosi 2 mg. To je zato što FeCoCrNiMn visoko entropijska prevlaka legure ima jednu FCC fazu, visoku plastičnost i dobru žilavost. Pod sporednim učinkom trenja opterećenja od 50 N, FeCoCrNiMn legirani materijal visoke entropije može apsorbirati veliku količinu energije, nije lako oblikovati zamorno ljuštenje i ima dobru otpornost na trošenje.

2.3.3 Analiza morfologije trošenja
Slika 6 prikazuje morfologiju ožiljaka od trošenja četiri uzorka promatrana pod istim uvjetima ispitivanja nakon 120 minuta nošenja. Kao što se može vidjeti na slici 6a, S1 ima jaku plastičnu deformaciju zbog niske ukupne tvrdoće, konkavna površina ožiljka od trošenja je hrapava, postoji velika površina veznog sloja i dolazi do delaminacije. Kao što se može vidjeti na slici 6b, površina premaza uzorka S2 nepravilno je raspoređena s eliptičnim točkastim bijelim spojevima, što povećava tvrdoću premaza, praćeno očitim ožiljcima od trošenja i jednosmjernim brazdama. Tvrdoća površine premaza uzorka S3 je najveća, kao što je prikazano na slici 6c, širina ožiljka od trošenja je uska, a utori na površini premaza su plitki. Nasuprot tome, na slici 6d brazde prevlake uzorka S4 su vrlo glatke, što je posljedica ujednačene strukture sloja obloge, finih zrna i dobre otpornosti na trošenje; postoje očite nepravilne pore u žljebovima, što može biti uzrokovano prahom legure visoke entropije koji se miješa s plinom u rastaljenom stanju pod visokom temperaturom laserske zrake, a plin izbija kada se uzorak ohladi i formira pore .

Pod istim uvjetima ispitivanja, što je veća širina testnog ožiljka trošenja, to je veći gubitak težine trošenja. Usporedbom gubitka težine različitih uzoraka na slici 5, može se vidjeti da je odnos između veličine traga trošenja uzorka S1> S3> S2> S4. To je u skladu s rezultatima ispitivanja gubitka težine trošenjem prikazanim na slici 5.

Zaključak

1) Visoka entropija FeCoCrNiMn premaz od legure ima najgušću strukturu i najmanju veličinu zrna, dok je raspodjela zrna mikrostrukture prevlaka od legura Ni60A i Fe90 kaotičnija. FeCoCrNiMn visokoentropijska prevlaka legure ima relativno jednostavnu strukturu zrna i ne stvaraju se složeni intermetalni spojevi.

2) Vickersova tvrdoća Ni60A legure, Fe90 legure i FeCoCrNiMn visokoentropijskih legura je približno 683.87, 663.62 i 635.51 HV, što je znatno više od Vickersove tvrdoće podloge (234.02 HV). Vrijednost tvrdoće prevlake Fe-CoCrNiMn legure visoke entropije nešto je niža od one kod prevlaka legure Ni60A i Fe90, što ne utječe na njegovu otpornost na trošenje.

3) Gubici trošenja čelične podloge od 65Mn, legure Ni60A, legure Fe90 i prevlake od legure visoke entropije Fe-CoCrNiMn su 9, 4, 5 i 2 mg respektivno. Ožiljak od habanja FeCoCrNiMn visoko entropijske legure je najglađi, s plitkom dubinom ožiljka od habanja, malim gubitkom materijala i najvećom otpornošću na habanje.