For å forbedre slitestyrken til jord-kontaktende deler av landbruksmaskiner, FeCoCrNiMn høyentropi-legering, Fe90-legering og Ni60A legeringspulver ble valgt ut for komparativ studie. Det slitesterke belegget ble fremstilt av laserkledningsteknologi med 65Mn stål som underlag, og sliteevnen ble testet av friksjons- og slitasjetestmaskin. Resultatene viste at FeCoCrNiMn høyentropilegeringsbelegget hadde den tetteste strukturen, relativt enkle korn, og ingen komplekse intermetalliske forbindelser ble dannet; mikrostrukturkornfordelingen til Ni60A- og Fe90-legeringsbelegg var relativt uordnet. Slitasjetapene for 65Mn stålsubstrat, Ni60A-legering, Fe90-legering og FeCoCrNiMn-belegg med høy entropilegering var henholdsvis 9, 4, 5 og 2 mg, og slitasjetapet til substratet var mye større enn for belegget. Vickers-hardheten til Fe90- og Ni60A-legeringsbelegg er 683.87 og 663.62 HV, og hardheten til Fe-CoCrNiMn-legeringsbelegg med høy entropi er 635.81 HV, som er litt lavere enn andre belegg, men slitestyrken er god.

Med den raske utviklingen av landbruksmaskiner og utstyr, påvirkes jord-kontaktende deler av landbruksmaskiner av slagslitasje og friksjonsslitasje av slipemidler som jord og sand i lang tid, noe som stiller høyere krav til slitestyrken til tradisjonell jord. -kontaktende deler. Blant ulike anti-slitasjetiltak er laserkledning og overflatebehandling av den sviktede overflaten av de jordkontaktende delene to ofte brukte behandlingsmetoder. De bruker begge forskjellige fyllstoffer for å smelte eller varme beleggmaterialet til en halvsmeltet tilstand og dekke det på overflaten av substratet, og dermed forbedre slitestyrken til substratet. De to vanligste belegningsmaterialene for jord-kontaktende deler er jernbaserte legeringer og nikkelbaserte legeringer. Begge belegningsmaterialene er basert på et legeringselement og forbedrer beleggsytelsen ved å tilsette andre passende elementer. For tiden har forskningen og anvendelsen av å forbedre slitestyrken til tradisjonelle metallmaterialer vært nær metning, og plassen for forskning blir mindre og mindre.

Legeringer med høy entropi er sammensatt av en rekke legeringselementer med lignende atomforhold, med mer jevne og enkle faste løsningsfaser, som viser høy styrke, høy slitestyrke og god korrosjonsbestandighet. Ved å bruke høyentropilegeringspulver for å forberede slitebestandige belegg på landbruksmaskiners jord-kontaktende deler, har delene høy slitestyrke og kan forlenge levetiden ytterligere.

Laserkledningsteknologi brukes til å forberede belegg, som har fordelene med varmekonsentrasjon og liten varmepåvirket sone. Organisasjonsstrukturen som produseres i støpeområdet er også forskjellig fra andre kledningsmetoder, som elektrognistavsetning, magnetronforstøvning og plasmakledning. Samtidig brukes laserkledningsteknologi for å forberede belegg, og det dannes amorfe organisasjonsstrukturer i beleggsorganisasjonen. For tiden er det få studier på bruken av beleggmaterialer med høy entropilegering ved fremstilling av slitesterke belegg for landbruksmaskiner som kommer i kontakt med jord. I denne artikkelen ble Fe90-legering, Ni60A-legering og FeCoCrNiMn høyentropi-legering slitebestandige belegg preparert på overflaten av 65Mn stål ved bruk av laserkledningsteknologi. Friksjons- og sliteegenskapene til belegg med høy entropilegering ble sammenlignet og studert, og deres tribologiske lover ble utforsket for å gi en referanse for bruksutvidelsen av legeringer med høy entropi.

1 Eksperimentelle materialer og metoder

1. 1 Forberedelse av belegg
Prøven brukte 65Mn høykarbonfjærstål som basismateriale, og ble kuttet i prøver med en størrelse på 200 mm × 400 mm × 4 mm ved bruk av en metallografisk skjæremaskin. Prøven ble slipt og polert før kledning for å forhindre at oksidlaget, olje og andre urenheter på overflaten av prøven påvirket bindestyrken mellom belegget og prøven. 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 og 2 000 sandpapir ble brukt til sliping etter tur. Den polerte prøven ble renset med ultralyd i etanol i 5 minutter, plassert i en tørkeovn ved 105 ℃ i 10 minutter, og forseglet og lagret etter tørking. Fe90-legering, Ni60A-legering og FeCoCrNiMn-legeringspulver med høy entropi (partikkelstørrelse på 45 til 105 μm) ble valgt som kledningslagmaterialer. Den kjemiske sammensetningen av testmaterialene og pulverene er vist i tabell 1. Den maksimale utgangseffekten til CW-CBW-8000G-91-20L laserkledningsutstyret er 25,000 1 W. Testen tar i bruk sideakse bredbåndspulvermatingsmetoden, argon beskyttelsesgass, og kledningsbeleggtykkelsen er 2 mm. Parametrene for kledningsprosessen er vist i tabell XNUMX.

1.2 Testkarakterisering
65Mn stål er prøve S1, Ni60A-legeringsbelegg er prøve S2, Fe90-legeringsbelegg er prøve S3, og FeCoCrNiMn-legeringsbelegg med høy entropi er prøve S4. Den metallografiske etseløsningen til prøve S1 er 4 % salpetersyreløsning (konsentrert salpetersyre og vannfri etanol, volumforholdet er 4:100); den metallografiske etseløsningen av prøve S2 er kobbersulfatpentahydratløsning (saltsyre, vann og kobbersulfat, volumforholdet er 10:10:1); den metallografiske etseoppløsningen av prøvene S3 og S4 er 5 % vannvann (konsentrert saltsyre og konsentrert salpetersyre, volumforholdet er 3:1).

Den metallografiske mikrostrukturen til prøven ble observert med Leica DM4000M metallografisk mikroskop; overflate- og tverrsnittshardheten til prøven ble målt med Jinan Times TMVS-1 digital display Vickers hardhetstester; friksjons- og slitasjeytelsen til materialet ble oppdaget av MMU-10 mikrodatamaskinstyrt endeflatefriksjons- og slitasjetester; stift-skive friksjonsparet ble brukt til testen, og slipekulen var en ZrO2 slipekule med en diameter på 6 mm. Testparametrene var belastning 50 N, hastighet 80 r/min og friksjonstid 120 min; slitasjearrmorfologien etter friksjons- og slitasjetesten av prøven ble observert med et optisk mikroskop.

2 Testresultater og analyse

2.1 Metallografisk struktur av belegg
Figur 1 viser overflatemetallografisk strukturdiagram for prøvene S1, S2, S3 og S4. Som vist i figur 1a, er strukturen til prøve S1 hovedsakelig sammensatt av ferritt og perlitt fordelt i en rutenettform. Det kan tydelig sees fra figur 1b at mikrostrukturen til belegget av prøve S2 er dendritter og retikulær eutektikk, organisasjonsfasen er relativt fin, og dendrittene er relativt rotete, og de lange stripene og blokkformede organisasjonene genereres uregelmessig. Som vist i figur 1c er mikrostrukturen til tverrsnittet av belegget til prøve S3 grove og ensartede dendritter, sammenflettede dendritorganisasjoner og et stort antall lysfargede, skinnende granulære utfellinger. Som vist i figur 1d, er tverrsnittsorganisasjonen av belegget til prøve S4 den mest tette, hovedsakelig sammensatt av likeaksede krystaller jevnt fordelt, og uregelmessige hull blir utfelt. Sammenligner de fire organisasjonene, er overflatekornstørrelsen til S4-belegget den minste, kornene er tette og ensartede, kornene er relativt enkle, og det er ingen kompleks dannelse av intermetalliske forbindelser.

2. 2 Mikrohardhet av belegg
Figur 2 er en sammenligning av overflatemikrohardheten til prøvene. Vickers-hardheten til prøvene S1, S2, S3 og S4 er henholdsvis ca. 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV og 635.51 HV. Figur 3 er en sammenligning av tverrsnittets mikrohardhet til prøvene. Det kan sees fra figur 3 at den gjennomsnittlige Vickers-hardheten til beleggene til prøvene S2 og S3 er 3 til 4 ganger høyere enn prøven S1, noe som indikerer at hardheten til beleggene til S2 og S3 er høyere og kledningsmetallurgisk krystallisering effekten er bedre. Den gjennomsnittlige Vickers-hardheten til beleggsoverflaten til prøve S4 er litt lavere enn for prøvene S2 og S3. Dette er fordi når FeCoCrNiMn høyentropi-legeringspulveret størkner raskt, er gitterforvrengningen liten, og FCC-krystallstrukturen utfelles og spres i det amorfe av kledningslaget, noe som til en viss grad kan reflektere at FeCoCrNiMn høyentropi-legeringen belegget har god seighet og lav hardhet.

2.3 Friksjons- og slitasjeegenskaper
2.3.1 Gjennomsnittlig friksjonskoeffisient
Figur 4 er den gjennomsnittlige friksjonskoeffisientkurven for prøvene S1, S2, S3 og S4. Det kan sees at ved romtemperatur er den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten til overflaten til prøve S1 ca. 0.53, og den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten svinger mest i løpet av de første 20 minuttene, og stiger til ca. 0.6; etter hvert som tiden går, har den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten en tendens til å være stabil. Dette er fordi i det tidlige stadiet av friksjon mellom prøve S1 og ZrO2 slipekule, er det mye slitasjerester mellom slitemerket og slipekulen, noe som gir en stor skjærspenning, noe som resulterer i en kraftig svingning i friksjonskoeffisienten. De gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene til prøvene S2, S3 og S4 er omtrent 0.38, 0.32 og 0.25. Den komplekse fordelingen av hardfasepartikler i prøve S2 får den gjennomsnittlige friksjonskoeffisientkurven til å svinge kraftigere. Hardheten til prøvene S3 og S4 er mye mindre enn for ZrO2-slipekulen. Belegglegeringsmaterialet med lavere hardhet har også lavere skjærstyrke, noe som bidrar til å redusere den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten under friksjon. De gjennomsnittlige friksjonskoeffisientkurvene til prøvene S3 og S4 har i utgangspunktet samme trend, og opprettholder en relativt stabil dynamisk balanse. Blant dem er den gjennomsnittlige friksjonskoeffisienten til prøve S4 den laveste, friksjonskraften under samme kraft er den minste, og slitasjegraden er den laveste. Dette er fordi når prøve S4 avkjøles raskt, er det færre urenhetsfasepartikler, beleggoverflaten er jevnere og har færre defekter, og kontakten med ZrO2-slipekulen er jevnere, uten åpenbare og drastiske svingninger.

2. 3. 2 Bruk vekttap
Slitasjetapets data for prøvene er vist i figur 5. Maksimalt slitasjetap for prøve S1 er 9 mg, og slitasjetapet for prøvene S2 og S3 er henholdsvis 4 mg og 5 mg. Blant dem er slitasjetapet til prøve S4 det laveste, som er 2 mg. Dette er fordi FeCoCrNiMn høyentropilegeringsbelegget har en enkelt FCC-fase, høy plastisitet og god seighet. Under friksjonsbivirkningen av en belastning på 50 N, kan FeCoCrNiMn høyentropi-legeringsmaterialet absorbere en stor mengde energi, er ikke lett å danne tretthetsavskalling og har god slitestyrke.

2.3.3 Slitasjemorfologianalyse
Figur 6 viser slitasjearrmorfologien til de fire prøvene observert under de samme testforholdene etter 120 minutters slitasje. Som man kan se fra figur 6a, har S1 alvorlig plastisk deformasjon på grunn av dens lave totale hardhet, den konkave overflaten til slitasjearret er grov, det er et stort område med bindingslag, og delaminering oppstår. Som det kan sees fra figur 6b, er beleggoverflaten til prøve S2 uregelmessig fordelt med elliptiske prikkformede hvite forbindelser, noe som øker hardheten til belegget, ledsaget av tydelige slitasjearr og ensrettede furer. Beleggoverflatehardheten til prøve S3 er høyest, som vist i figur 6c, slitasjearrbredden er smal, og sporene på beleggoverflaten er grunne. I kontrast, i figur 6d, er sporene i belegget til prøve S4 veldig glatte, noe som skyldes den jevne strukturen til kledningslaget, fine korn og god slitestyrke; det er åpenbare uregelmessige porer i sporene, som kan være forårsaket av at det høyentropilegeringspulveret blandes med gass i smeltet tilstand under laserstrålens høye temperatur, og at gassen fosser ut når prøven avkjøles for å danne porer .

Under de samme testforholdene, jo større bredden på testslitasjearret er, desto større blir vekttapet. Ved å sammenligne vekttapet til ulike prøver i figur 5, kan man se at forholdet mellom størrelsen på prøveslitasjearret er S1> S3> S2> S4. Dette samsvarer med testresultatene for vekttap ved slitasje vist i figur 5.

Konklusjon

1) FeCoCrNiMn høyentropien legering belegg har den tetteste strukturen og den minste kornstørrelsen, mens mikrostrukturkornfordelingen til Ni60A og Fe90 legeringsbelegg er mer kaotisk. FeCoCrNiMn høyentropilegeringsbelegget har en relativt enkel kornstruktur og ingen komplekse intermetalliske forbindelser dannes.

2) Vickers-hardheten til Ni60A-legeringen, Fe90-legeringen og FeCoCrNiMn høyentropilegeringsbelegg er omtrent 683.87, 663.62 og 635.51 HV, som er betydelig høyere enn Vickers-hardheten til underlaget (234.02 HV). Hardhetsverdien til Fe-CoCrNiMn-belegget med høy entropi er litt lavere enn for Ni60A-legeringen og Fe90-legeringen, noe som ikke påvirker slitestyrken.

3) Slitasjetapene for 65Mn stålsubstrat, Ni60A-legering, Fe90-legering og Fe-CoCrNiMn-belegg av høyentropilegering er henholdsvis 9, 4, 5 og 2 mg. Slitasjearret til FeCoCrNiMn høyentropilegeringsbelegg er det jevneste, med liten slitasjearrdybde, lite materialtap og høyest slitestyrke.