Siekiant pagerinti su žeme besiliečiančių žemės ūkio technikos dalių atsparumą dilimui, FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio, Fe90 lydinio ir Ni60A lydinio milteliai buvo atrinkti lyginamajam tyrimui. Dėvėjimui atsparią dangą paruošė lazerinio dengimo technologija su 65Mn plienu kaip pagrindu, o jo nusidėvėjimas buvo išbandytas trinties ir nusidėvėjimo bandymo mašina. Rezultatai parodė, kad FeCoCrNiMn aukštos entropijos lydinio danga buvo tankiausios struktūros, santykinai paprasti grūdeliai, nesusidarė sudėtingi intermetaliniai junginiai; Ni60A ir Fe90 lydinio dangų mikrostruktūros grūdelių pasiskirstymas buvo gana netvarkingas. 65Mn plieno pagrindo, Ni60A lydinio, Fe90 lydinio ir FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio dangos nusidėvėjimo nuostoliai buvo atitinkamai 9, 4, 5 ir 2 mg, o pagrindo nusidėvėjimo nuostoliai buvo daug didesni nei dangos. Fe90 ir Ni60A lydinio dangų Vickers kietumas yra 683.87 ir 663.62 HV, o Fe-CoCrNiMn aukštos entropijos lydinio dangos kietumas yra 635.81 HV, kuris yra šiek tiek mažesnis nei kitų dangų, tačiau atsparumas dilimui yra geras.

Sparčiai tobulėjant žemės ūkio mašinoms ir įrangai, su žeme besiliečiančias žemės ūkio technikos dalis ilgą laiką veikia abrazyvų, tokių kaip dirvožemis ir smėlis, susidėvėjimas ir trinties dilimas, o tai kelia aukštesnius tradicinio dirvožemio atsparumo dilimui reikalavimus. - besiliečiančios dalys. Tarp įvairių priemonių, apsaugančių nuo nusidėvėjimo, du dažniausiai naudojami apdorojimo metodai yra lazerinis apmušimas ir sugedusio su dirvožemiu besiliečiančių dalių paviršiaus apdorojimas. Jie abu naudoja skirtingus užpildus, kad išlydytų arba pašildytų dangos medžiagą iki pusiau išlydytos būsenos ir padengtų ją pagrindo paviršiumi, taip pagerinant pagrindo atsparumą dilimui. Dvi labiausiai paplitusios su dirvožemiu besiliečiančių dalių dengimo medžiagos yra geležies lydiniai ir nikelio lydiniai. Abi dangos medžiagos yra pagamintos iš lydinio elemento ir pagerina dangos savybes pridedant kitų atitinkamų elementų. Šiuo metu tradicinių metalinių medžiagų atsparumo dilimui gerinimo tyrimai ir taikymas buvo beveik prisotintas, o erdvės tyrimams vis mažėja.

Aukštos entropijos lydiniai yra sudaryti iš įvairių legiruojamųjų elementų, kurių atominiai santykiai yra panašūs, su vienodesnėmis ir paprastesnėmis kietojo tirpalo fazėmis, pasižyminčiomis dideliu stiprumu, dideliu atsparumu dilimui ir atsparumu korozijai. Naudojant didelės entropijos lydinio miltelius, skirtus žemės ūkio mašinų su dirvožemiu besiliečiančių dalių dilimui atsparioms dangoms paruošti, dalys turi didelį atsparumą dilimui ir gali dar labiau pailginti jų tarnavimo laiką.

Dangai paruošti naudojama lazerinė dengimo technologija, kurios privalumai – šilumos koncentracija ir maža šilumos poveikio zona. Liejimo srityje gaminama organizacinė struktūra taip pat skiriasi nuo kitų dengimo metodų, tokių kaip nusodinimas elektros kibirkštimi, magnetroninis purškimas ir plazminis apvalkalas. Tuo pačiu metu dangoms paruošti naudojama lazerinio dengimo technologija, o dengimo organizacijoje formuojamos amorfinės organizacinės struktūros. Šiuo metu yra atlikta nedaug tyrimų, susijusių su didelės entropijos lydinių dengimo medžiagų panaudojimu ruošiant nusidėvėjimui atsparias dangas žemės ūkio technikos dalims, besiliečiančioms su dirvožemiu. Šiame darbe Fe90 lydinio, Ni60A lydinio ir FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio dilimui atsparios dangos buvo paruoštos ant 65Mn plieno paviršiaus naudojant lazerinio dengimo technologiją. Palygintos ir ištirtos didelės entropijos lydinių dangų trinties ir dilimo savybės bei ištirti jų tribologiniai dėsniai, siekiant gauti nuorodą į didelės entropijos lydinių taikymo išplėtimą.

1 Eksperimentinės medžiagos ir metodai

1. 1 Dangos paruošimas
Mėginyje kaip pagrindinė medžiaga buvo naudojamas 65 Mn anglies spyruoklinis plienas ir metalografine pjovimo mašina buvo supjaustytas į 200 mm × 400 mm × 4 mm dydžio pavyzdžius. Mėginys prieš padengimą buvo sumaltas ir poliruotas, kad oksido sluoksnis, alyva ir kitos priemaišos ant mėginio paviršiaus nepaveiktų dangos ir mėginio sukibimo stiprumo. Šlifavimui paeiliui buvo naudojamas 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 ir 2 000 šlifavimo popierius. Poliruotas mėginys buvo ultragarsu valomas etanolyje 5 min., dedamas į džiovinimo krosnį 105 ℃ temperatūroje 10 min., o po džiovinimo sandariai uždaromas ir laikomas. Kaip dengimo sluoksnio medžiaga buvo pasirinktas Fe90 lydinys, Ni60A lydinys ir FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio milteliai (dalelių dydis nuo 45 iki 105 μm). Cheminė bandomųjų medžiagų ir miltelių sudėtis parodyta 1 lentelėje. Didžiausia CW-CBW-8000G-91-20L lazerinio dengimo įrangos išėjimo galia yra 25,000 1 W. Bandymas taikomas šoninės ašies plačiajuosčio miltelių padavimo metodu, argonu. apsauginės dujos, o dangos dangos storis – 2 mm. Dengimo proceso parametrai pateikti XNUMX lentelėje.

1.2 Bandymo apibūdinimas
65Mn plienas yra S1 pavyzdys, Ni60A lydinio danga yra S2 pavyzdys, Fe90 lydinio danga yra S3 pavyzdys, o FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio danga yra S4 pavyzdys. S1 mėginio metalografinis ėsdinimo tirpalas yra 4% azoto rūgšties tirpalas (koncentruota azoto rūgštis ir bevandenis etanolis, tūrio santykis 4:100); mėginio S2 metalografinio ėsdinimo tirpalas yra vario sulfato pentahidrato tirpalas (vandenilio chlorido rūgštis, vanduo ir vario sulfatas, tūrio santykis 10:10:1); bandinių S3 ir S4 metalografinio ėsdinimo tirpalas yra 5% vandeninis (koncentruota druskos rūgštis ir koncentruota azoto rūgštis, tūrio santykis 3:1).

Mėginio metalografinė mikrostruktūra buvo stebima Leica DM4000M metalografiniu mikroskopu; mėginio paviršiaus ir skerspjūvio kietumas buvo matuojamas Jinan Times TMVS-1 skaitmeninio ekrano Vickers kietumo testeriu; medžiagos trinties ir dilimo charakteristikos buvo aptiktos MMU-10 mikrokompiuteriu valdomu galinio paviršiaus trinties ir nusidėvėjimo testeriu; bandymui naudota kaiščio-disko trinties pora, o šlifavimo rutulys buvo ZrO2 šlifavimo rutulys, kurio skersmuo 6 mm. Bandymo parametrai buvo apkrova 50 N, greitis 80 r/min ir trinties laikas 120 min.; nusidėvėjimo randų morfologija po mėginio trinties ir nusidėvėjimo bandymo buvo stebima optiniu mikroskopu.

2 Testo rezultatai ir analizė

2.1 Dangos metalografinė struktūra
1 paveiksle parodyta S1, S2, S3 ir S4 pavyzdžių paviršiaus metalografinės struktūros diagrama. Kaip parodyta 1a paveiksle, S1 mėginio struktūra daugiausia sudaryta iš ferito ir perlito, paskirstytų tinklelio forma. Iš 1b paveikslo aiškiai matyti, kad S2 mėginio dangos mikrostruktūra yra dendritai ir tinklinė eutektika, organizacinė fazė yra gana gera, o dendritai yra gana netvarkingi, o ilgos juostelės ir blokinės organizacijos susidaro netaisyklingai. Kaip parodyta 1c paveiksle, S3 mėginio dangos skerspjūvio mikrostruktūra yra stambūs ir vienodi dendritai, persipynusios dendritų organizacijos ir daug šviesios spalvos blizgančių granuliuotų nuosėdų. Kaip parodyta 1d paveiksle, S4 mėginio dangos skerspjūvio struktūra yra tankiausia, daugiausia sudaryta iš tolygiai paskirstytų lygiagrečių kristalų, o nusodinamos netaisyklingos skylės. Lyginant keturias organizacijas, S4 dangos paviršiaus grūdelių dydis yra mažiausias, grūdeliai tankūs ir vienodi, grūdeliai gana paprasti, nėra sudėtingo tarpmetalinio junginio susidarymo.

2. 2 Dangos mikrokietumas
2 paveiksle parodytas mėginių paviršiaus mikrokietumo palyginimas. Mėginių S1, S2, S3 ir S4 Vickers kietumas yra atitinkamai apie 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV ir 635.51 HV. 3 paveiksle parodytas mėginių skerspjūvio mikrokietumo palyginimas. Iš 3 paveikslo matyti, kad S2 ir S3 mėginių dangų vidutinis Vickerso kietumas yra 3–4 kartus didesnis nei mėginio S1, o tai rodo, kad S2 ir S3 dangų kietumas yra didesnis ir apvalkalo metalurgijos kristalizacija. efektas geresnis. S4 mėginio dangos paviršiaus vidutinis Vickers kietumas yra šiek tiek mažesnis nei mėginių S2 ir S3. Taip yra todėl, kad kai FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio milteliai greitai sukietėja, gardelės iškraipymas yra mažas, o FCC kristalų struktūra nusodinama ir išsklaidoma apvalkalo sluoksnio amorfinėje medžiagoje, o tai tam tikru mastu gali atspindėti, kad FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinys. danga turi gerą kietumą ir mažą kietumą.

2.3 Trinties ir nusidėvėjimo savybės
2.3.1 Vidutinis trinties koeficientas
4 paveiksle parodyta S1, S2, S3 ir S4 mėginių vidutinio trinties koeficiento kreivė. Matyti, kad kambario temperatūroje S1 mėginio paviršiaus vidutinis trinties koeficientas yra apie 0.53, o vidutinis trinties koeficientas labiausiai svyruoja per pirmąsias 20 minučių, pakildamas iki maždaug 0.6; laikui bėgant vidutinis trinties koeficientas būna stabilus. Taip yra todėl, kad ankstyvoje trinties tarp mėginio S1 ir ZrO2 šlifavimo rutulio stadijoje tarp nusidėvėjimo žymės ir šlifavimo rutulio yra daug susidėvėjusių šiukšlių, todėl susidaro didelis šlyties įtempis, dėl kurio smarkiai svyruoja trinties koeficientas. Mėginių S2, S3 ir S4 vidutiniai trinties koeficientai yra apie 0.38, 0.32 ir 0.25. Dėl sudėtingo kietosios fazės dalelių pasiskirstymo S2 pavyzdyje vidutinė trinties koeficiento kreivė smarkiai svyruoja. Mėginių S3 ir S4 kietumas yra daug mažesnis nei ZrO2 šlifavimo rutulio. Mažesnio kietumo dangos lydinio medžiaga taip pat turi mažesnį šlyties stiprumą, o tai padeda sumažinti vidutinį trinties koeficientą trinties metu. Mėginių S3 ir S4 vidutinių trinties koeficientų kreivės iš esmės turi tą pačią tendenciją, išlaikant santykinai stabilią dinaminę pusiausvyrą. Tarp jų S4 pavyzdžio vidutinis trinties koeficientas yra mažiausias, trinties jėga veikiant tokiai pačiai jėgai yra mažiausia, o nusidėvėjimo laipsnis yra mažiausias. Taip yra todėl, kad S4 mėginį greitai atšaldžius, priemaišų fazės dalelių yra mažiau, dangos paviršius yra lygesnis ir turi mažiau defektų, o kontaktas su ZrO2 šlifavimo rutuliu yra lygesnis, be akivaizdžių ir drastiškų svyravimų.

2. 3. 2 Dėvėkite svorio metimą
Mėginių nusidėvėjimo nuostolių duomenys pateikti 5 paveiksle. Didžiausias S1 mėginio nusidėvėjimo nuostolis yra 9 mg, o S2 ir S3 – atitinkamai 4 mg ir 5 mg. Tarp jų S4 mėginio nusidėvėjimo nuostoliai yra mažiausi – 2 mg. Taip yra todėl, kad FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio danga turi vieną FCC fazę, didelį plastiškumą ir gerą kietumą. Esant šalutiniam 50 N apkrovos trinties poveikiui, FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio medžiaga gali sugerti daug energijos, nėra lengva suformuoti nuovargio lupimąsi ir turi gerą atsparumą dilimui.

2.3.3 Susidėvėjimo morfologijos analizė
6 paveiksle parodyta keturių mėginių nusidėvėjimo randų morfologija, stebėta tomis pačiomis bandymo sąlygomis po 120 minučių nusidėvėjimo. Kaip matyti iš 6a paveikslo, S1 turi didelę plastinę deformaciją dėl mažo bendro kietumo, įgaubtas nusidėvėjimo rando paviršius yra šiurkštus, yra didelis jungiamojo sluoksnio plotas ir atsiranda delaminacija. Kaip matyti iš 6b paveikslo, S2 mėginio dangos paviršius yra netaisyklingai pasiskirstęs elipsės formos taško formos baltais junginiais, o tai padidina dangos kietumą, kartu su akivaizdžiais nusidėvėjimo randais ir vienakryptėmis vagomis. S3 pavyzdžio dangos paviršiaus kietumas yra didžiausias, kaip parodyta 6c paveiksle, susidėvėjimo randų plotis yra siauras, o dangos paviršiaus grioveliai yra negilūs. Priešingai, 6d paveiksle, pavyzdžio S4 dangos grioveliai yra labai lygūs, tai yra dėl vienodos dangos sluoksnio struktūros, smulkių grūdelių ir gero atsparumo dilimui; grioveliuose yra akivaizdžių netaisyklingų porų, kurias gali sukelti didelės entropijos lydinio milteliai, susimaišę su išlydytomis dujomis, esant aukštai lazerio spindulio temperatūrai, o dujos išsiveržia, kai mėginys atšaldomas ir susidaro poros. .

Esant tokioms pačioms bandymo sąlygoms, kuo didesnis bandomojo nusidėvėjimo rando plotis, tuo didesnis susidėvėjimo svorio sumažėjimas. Palyginus skirtingų mėginių svorio netekimą 5 paveiksle, matyti, kad ryšys tarp mėginio nusidėvėjimo rando dydžio yra S1> S3> S2> S4. Tai atitinka 5 pav. parodytus nusidėvėjimo svorio netekimo bandymo rezultatus.

Išvada

1) Didelė FeCoCrNiMn entropija lydinio danga turi tankiausią struktūrą ir mažiausią grūdelių dydį, tuo tarpu Ni60A ir Fe90 lydinio dangų mikrostruktūros grūdelių pasiskirstymas yra chaotiškesnis. FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio danga turi gana paprastą grūdėtumo struktūrą ir nesusidaro sudėtingi intermetaliniai junginiai.

2) Ni60A lydinio, Fe90 lydinio ir FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio dangų Vickers kietumas yra maždaug 683.87, 663.62 ir 635.51 HV, o tai yra žymiai didesnis už Vickerso pagrindo kietumą (234.02 HV). Fe-CoCrNiMn aukštos entropijos lydinio dangos kietumas yra šiek tiek mažesnis nei Ni60A lydinio ir Fe90 lydinio dangos, o tai neturi įtakos jos atsparumui dilimui.

3) 65Mn plieno pagrindo, Ni60A lydinio, Fe90 lydinio ir Fe-CoCrNiMn didelės entropijos lydinio dangos nusidėvėjimo nuostoliai yra atitinkamai 9, 4, 5 ir 2 mg. FeCoCrNiMn didelės entropijos lydinio dangos susidėvėjimo randas yra lygiausias, mažas nusidėvėjimo gylis, nedidelis medžiagos nuostolis ir didžiausias atsparumas dilimui.