Pentru a explora efectul particulelor de WC asupra microstructurii și proprietăților acoperiri de placare, FeCoCrNiMn-xWC entropie mare acoperiri de placare din aliaj au fost preparate pe suprafața oțelului NM450 folosind o putere laser de 1 200 W și o viteză de scanare de 6 mm/s. Faza, microstructura, proprietățile mecanice și rezistența la uzură a acoperirilor au fost studiate prin difractometru cu raze X (XRD), microscop electronic cu scanare (SEM), tester de microduritate Vickers și tester de frecare și uzură. Rezultatele arată că atunci când particulele de WC sunt adăugate la stratul de aliaj de înaltă entropie FeCoCrNiMn, microstructura stratului compozit de aliaj de înaltă entropie este în principal fazele FCC și BCC, conținând o cantitate mică de faze WC, W2C și Cr7C3, iar microstructura este coloană. cristalul și structura cristalină celulară. Acoperirea compozită cu 10% WC are cea mai bună performanță cuprinzătoare, microduritatea atingând o valoare maximă de 484.5 HV0.3; coeficientul de frecare este de 0.58, iar pierderea de uzură și rata de uzură sunt cele mai mici la 0.011 4 g și, respectiv, 0.857×10-5 g/(N·m). Modul de uzură al acoperirii compozite este în principal uzura abrazivă și uzura oxidativă, însoțită de uzura adezivă.

Aliajele cu entropie ridicată au devenit centrul cercetării noilor materiale datorită avantajelor lor de rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență la uzură, rezistență la coroziune și rezistență la temperaturi ridicate. O caracteristică notabilă a aliajelor cu entropie ridicată este diversitatea elementelor lor. Spre deosebire de aliajele tradiționale, care au de obicei doar unul sau două elemente metalice principale, aliajele cu entropie mare au un număr mare de elemente constitutive, iar proporția atomică a fiecărui element este la o proporție mare, de obicei 5% ~ 35%. Deși aliajele cu entropie ridicată conțin mai multe elemente metalice, ele pot forma o fază simplă de soluție solidă și au performanțe mai bune decât aliajele tradiționale. Aliajele cu entropie ridicată au multe proprietăți excelente, cum ar fi rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență bună la uzură, rezistență la temperaturi ridicate și rezistență excelentă la coroziune și oxidare. Aceste caracteristici fac ca aliajele cu entropie ridicată să aibă perspective largi de aplicare în domeniul aerospațial, auto, petrochimic, energie electrică, biomedicină și alte domenii. Prin placarea cu laser, sunt pregătite acoperiri de aliaj de înaltă entropie, care sunt bine legate de substrat, iar avantajele ambelor sunt combinate pentru a promova aplicarea în continuare a aliajelor cu entropie ridicată în producția industrială. De exemplu, în domeniul aerospațial, aliajele cu entropie ridicată pot fi utilizate pentru fabricarea de componente la temperatură ridicată și componente rezistente la coroziune; în domeniul petrochimiei pot fi utilizate la fabricarea țevilor și echipamentelor rezistente la coroziune; în domeniul mașinilor de extracție a cărbunelui, acestea pot fi utilizate pentru fabricarea pieselor cu acoperiri rezistente la uzură de înaltă rezistență.

Tehnologia de placare cu laser poate realiza încălzirea și topirea rapidă locală, reducând risipa de materii prime și simplificând fluxul procesului; tehnologia de placare cu laser are caracteristicile răcirii rapide, făcând structura granulelor de acoperire pregătită fină și distribuită uniform, ceea ce ajută la îmbunătățirea densității și performanței acoperirii, cum ar fi duritatea, rezistența la uzură, rezistența la coroziune etc.; în timpul procesului de placare cu laser, se formează o legătură metalurgică între acoperire și substrat, care îmbunătățește semnificativ rezistența de legătură între acoperire și substrat, ajută la prelungirea duratei de viață a acoperirii și la reducerea fenomenului de spargere și fisurare a acoperirii; Tehnologia de placare cu laser poate repara și modifica suprafața pieselor defecte, ceea ce ajută la reducerea deșeurilor de resurse și a poluării mediului și la realizarea unei dezvoltări durabile.

În ultimii ani, întărirea acoperirii compozite a aliajelor cu entropie ridicată prin adăugarea de particule dure a devenit un subiect fierbinte de cercetare. Particulele dure comune includ WC, TiC și SiC. Printre acestea, WC are avantajele durității ridicate, stabilității termice bune și umezirii bune cu metale. Particulele WC pot îmbunătăți în mod eficient rezistența, duritatea și rezistența la uzură a acoperirilor compozite din aliaje cu entropie ridicată. În această lucrare, tehnologia de placare cu laser este utilizată pentru a studia aliajul de înaltă entropie FeCoCrNiMn. Se studiază influența adăugării diferitelor conținuturi de WC asupra compoziției fazei, microstructurii, microdurității și rezistenței la uzură a stratului de aliaj de înaltă entropie. Prin ajustarea cantității de WC adăugată, se prepară o acoperire compozită din aliaj de înaltă entropie FeCoCrNiMn-xWC, cu performanțe bune, și este aplicată la pregătirea acoperirii rezistente la uzură pe suprafața jgheabului de mijloc al transportorului cu racletă pentru mine de cărbune.

1 Materiale și metode experimentale
(1) Substratul de testare Substratul de testare a fost oțel NM450. Pentru a se asigura că suprafața probei nu conține impurități, suprafața eșantionului a fost mai întâi lustruită cu șmirghel, apoi curățată cu ultrasunete și, în final, uscată înainte de testare.
(2) Material pulbere Testul a selectat pulbere de aliaj de înaltă entropie FeCoCrNiMn ca material de substrat de placare. Compoziția chimică este prezentată în Tabelul 1. Dimensiunea particulelor de pulbere este de 45~105 μm. Ceramica WC a fost selectată ca particule de fază de armare. În testul de placare, a fost folosit un alimentator de pulbere cu două canale pentru a ajusta cantitatea adăugată de ceramică WC în timp real pentru a asigura desfășurarea fără probleme a testului. Aliajele FeCoCrNiMn-xWC cu fracțiuni de masă WC de 0, 5%, 10%, 15% și 20% au fost proiectate în funcție de pulberile selectate. Compoziția este prezentată în tabelul 2.
(3) Prepararea acoperirii The placare cu laser parametrii de proces utilizați în experiment sunt: ​​puterea laserului de 1 200 W, defocalizare de 15 mm, viteza de scanare de 6 mm/s, protecție cu argon de 99.99% în timpul procesului de placare și debitul de argon de 15 L/min. Experimentul este conceput pentru a avea 5 grupuri de probe, iar cele 5 grupuri de probe sunt testate separat. Grosimea stratului de acoperire a fiecărui grup de probe este de 1 mm.
(4) Caracterizarea acoperirii După ce placarea este finalizată, eșantionul de testat este tăiat perpendicular pe direcția placajului folosind tăierea sârmei. După tăiere, suprafața probei este ușor lustruită pentru a îndepărta petele de ulei rămase în timpul tăierii, iar impuritățile de suprafață a probei sunt curățate cu ultrasunete într-o mașină cu ultrasunete pentru a face proba complet curată și pentru a elimina interferențele cu testele ulterioare. Morfologia macroscopică a acoperirii a fost observată folosind un stereomicroscop RY-7045. Proba a fost corodata cu aqua regia (raportul molar dintre HCI și HNO3 a fost de 3:1) timp de 10-20 s. Microstructura acoperirii a fost observată folosind un microscop electronic cu scanare JSM-5610LM (SEM). Faza de acoperire a fost analizată utilizând un difractometru cu raze X (XRD) D/max2500. Unghiul de scanare a fost de 20°-100°, etapa de scanare a fost de 0.05°, iar viteza de scanare a fost de 4°/min. Duritatea probei a fost testată folosind un tester de duritate Vickers microscopic vizual PCHVT-1000Z. Sarcina de încărcare a fost de 300 g și timpul de menținere a fost de 10 s.

Caracteristicile de frecare și uzură ale acoperirii au fost măsurate folosind un tester de frecare și uzură GHT-1000EM. Specimenele de frecare și uzură au fost șlefuite în avans și lustruite până când nu au apărut zgârieturi evidente. Materialul perechii de frecare a fost stins și călit din oțel GCr15. Sarcina a fost fixată la 300 g, timpul de testare a fost de 1 800 s, viteza motorului a fost de 450 r/min, diametrul de frecare a fost φ6 mm și frecvența motorului a fost de 17.8 Hz. După test, morfologia tridimensională a semnelor de uzură de pe suprafața specimenului a fost observată cu ajutorul unui stereomicroscop.
Acoperirea este caracterizată prin raportul dintre cantitatea de uzură și munca efectuată de sarcină, ω = M/FS (1)
Unde M este valoarea uzurii, g; F este sarcina de încercare, N; S este distanța totală de frecare, S = 169 646 mm.

2 Rezultate experimentale și analize
(1) Macromorfologia acoperirii de placare
Macromorfologia suprafeței de acoperire a placajului este prezentată în Figura 1. Morfologia suprafeței învelișului de placare este bine formată și suprafața este plană. Nu se găsesc defecte precum fisuri și găuri. Odată cu creșterea conținutului de WC, la suprafață apar lipirea și aglomerarea pulberii. Analiza arată că odată cu creșterea conținutului de WC, fluiditatea pulberii scade și temperatura de acoperire a suprafeței scade. O altă parte este cauzată de stropirea bazinului topit.
(2) Analiza de fază a acoperirii de placare
Spectrul XRD al acoperirii de placare este prezentat în Figura 2. După cum se arată în Figura 2, acoperirea compozită FeCoCrNiMn-xWC este compusă în principal din faza FCC și structura de fază BCC. Se poate observa clar că odată cu creșterea adăugării WC, vârful de difracție al fazei FCC crește și vârful de difracție al fazei BCC scade. Când adăugarea WC atinge 10%WC, vârful de difracție al fazei BCC aproape dispare complet. Particulele de WC pot precipita din matricea de acoperire sub formă de precipitate. Aceste particule de WC precipitate vor forma faze suplimentare de întărire în acoperire, îmbunătățind duritatea și rezistența la uzură a acoperirii. Întărirea prin precipitații va schimba compoziția și distribuția structurii fazei de acoperire, afectând astfel performanța generală a acoperirii. Creșterea WC va modifica microstructura și compoziția de fază a zonei afectate de căldură, deoarece punctul de topire ridicat și stabilitatea termică a WC vor afecta formarea și evoluția zonei afectate de căldură. Această modificare a zonei afectate de căldură va afecta în continuare formarea și performanța structurii fazei de acoperire. În al doilea rând, particulele de WC se vor dizolva în rețeaua matricei de acoperire pentru a forma o soluție solidă, îmbunătățind astfel duritatea și rezistența matricei.
(3) Analiza microstructurii acoperirii de placare
Microstructura acoperirii de placare este prezentată în Figura 3. După cum se arată în Figura 3 (a), atunci când particulele de WC nu sunt adăugate, acoperirea este în principal cristale echiaxiale, lungimile cristalelor în toate direcțiile sunt aproximativ egale și distanța. între cristale este mic; după cum se arată în figurile 3 (b) și 3 (c), când se adaugă 5% WC și 10% WC, o cantitate mică de particule de WC netopite începe să apară în cristalele de acoperire compozite. Când cristalele echiaxiale devin mai fine, se transformă în dendrite columnare, iar granulele de microstructură devin mai fine. După adăugarea a 10% WC, stratul compozit este rafinat semnificativ; după cum se arată în figurile 3 (d) și 3 (e), când se adaugă 15% WC și 20% WC, cristalele columnare ale acoperirii compozite scad, iar microstructura este în mare parte cristale celulare. Acest lucru arată că creșterea numărului de particule WC conduce la rafinarea structurii aliajului, iar interacțiunea dintre particulele WC și matrice va promova, de asemenea, consolidarea granulelor fine.
(4) Analiza durității învelișului de placare Microduritatea în secțiune transversală a acoperirii de placare este prezentată în Figura 4. Duritatea stratului de acoperire compozit FeCoCrNiMn-xWC a fost îmbunătățită semnificativ după adăugarea particulelor de WC. Când particulele de WC nu sunt adăugate, microduritatea medie a acoperirii este de 393.8 HV0.3; când conținutul de WC este de 5%, 10%, 15% și 20%, microduritatea medie a acoperirii compozite este de 431.9 HV0.3, 484.5 HV0.3, 450.6 HV0.3 și 430.1 HV0.3. Acest lucru se datorează faptului că duritatea mare a WC în sine poate îmbunătăți în mod eficient duritatea stratului compozit din aliaj de înaltă entropie. În al doilea rând, în timpul acoperirii, unele particule de WC vor genera elemente C din cauza fisurării la temperaturi ridicate, iar carburile (Fe3C, Cr7C3, W2C) generate de elementele C și Fe, Cr, W și alte elemente promovează, de asemenea, îmbunătățirea microdurității. acoperire.
(5) Analiza tribologică a stratului de acoperire Curba coeficient de frecare-timp este prezentată în Figura 5. Când WC nu este adăugat la stratul de acoperire, coeficientul mediu de frecare al stratului compozit este de 0.69; când particulele de WC sunt adăugate cu o fracție de masă de 5%, coeficientul de frecare al acoperirii compozite este de 0.72; când particulele de WC sunt adăugate cu o fracție de masă de 10%, coeficientul mediu de frecare al acoperirii compozite este cel mai mic, care este 0.58; când particulele de WC sunt adăugate cu o fracție de masă de 15%, coeficientul mediu de frecare al acoperirii compozite este de 0.86; atunci când particulele de WC sunt adăugate cu o fracție de masă de 20%, coeficientul mediu de frecare al acoperirii compozite este de 0.59.

Când WC este adăugat la acoperire, poate crește semnificativ duritatea stratului de acoperire. Când este supus la uzură externă, stratul de înaltă duritate poate rezista mai eficient la tăierea și zgârierea particulelor de uzură, îmbunătățind astfel rezistența la uzură. Adăugarea de WC poate, de asemenea, rafina dimensiunea granulelor de acoperire, îmbunătățind astfel rezistența și duritatea stratului de acoperire. Boabele rafinate pot crește rezistența la alunecare prin dislocare și pot îmbunătăți rezistența la uzură a stratului de acoperire. Odată cu creșterea conținutului de WC, coeficientul de frecare tinde să crească. Acest lucru se datorează faptului că prea multe particule WC pot slăbi forța de legătură dintre acoperire și substrat. Când este supus la uzură externă, este mai probabil ca stratul de acoperire să se desprindă de pe substrat, reducând astfel rezistența la uzură.
Rata de uzură a fiecărui strat de placare este calculată conform formulei (1), iar gradul de uzură și graficul cu bare ale ratei de uzură ale acoperirilor compozite FeCoCrNiMn-xWC cu conținut diferit de WC sunt desenate, așa cum se arată în Figura 6. Rata de uzură a FeCoCrNiMn stratul de acoperire fără particule WC este de 1.308 × 10-5 g/(N·m), rata de uzură a Acoperirea compozită 5%WC este de 1.278 × 10-5 g/(N·m), rata de uzură a stratului compozit 10%WC este de 0.857×10-5 g/(N·m), rata de uzură de 15% Învelișul compozit WC este de 0.917 × 10-5 g/(N·m), iar rata de uzură a compozitului de 20% WC acoperirea este de 0.910 x 10-5 g/(N·m). Dintre acestea, cantitatea de uzură și rata de uzură a stratului compozit de 10% WC sunt cele mai scăzute, iar rezistența la uzură este cea mai bună.
Micromorfologia cicatricii de uzură a acoperirii după testul de frecare și uzură este prezentată în Figura 7. Figura 7 (a) arată că, fără a adăuga WC, morfologia cicatricii de uzură a acoperirii compozite arată o aderență puternică, materialul adeziv de suprafață este evident și în principal aderența, iar modul principal de uzură este uzura adezivă; Figura 7 (b) arată morfologia cicatricii de uzură a acoperirii compozite 5% WC. Adăugarea de urme de WC are un efect evident de reducere a uzurii asupra stratului compozit, reducând decojirea stratului de acoperire, iar în zona de uzură există o arătură evidentă și oxizi metalici; Figura 7 (c) prezintă morfologia de uzură a acoperirii compozite 10% WC, în care arătura este redusă și decojirea este crescută; Figura 7 (d) prezintă morfologia de uzură a acoperirii compozite 15% WC, în care decojirea și arătura de frecare sunt vizibile, iar oxidul de metal de pe suprafața acoperirii compozite crește; Figura 7 (e) prezintă morfologia cicatricii de uzură a acoperirii compozite WC 20%. Când se adaugă mai multe particule de WC, fenomenul de delaminare și vărsare în zona de uzură a acoperirii este redus semnificativ, iar volumul gropilor este, de asemenea, redus. Cr poate forma carburi precum Cr7C3 și Fe3C cu elemente precum Fe și C și poate forma Cr2O3 cu lubrifiere solidă cu O. WC va forma soluție solidă W2C după descompunere, ceea ce îmbunătățește rezistența la uzură a stratului de placare. În rezumat, combinată cu analiza teoriei tribologice, forma de uzură a stratului compozit este în principal uzura abrazivă și uzura oxidativă, însoțită de uzura adezivă.

Aplicația 3
Rezultatele acestei lucrări au fost utilizate în producția de acoperire a suprafeței canelurii mijlocii a transportorului cu racletă de tip SGZ800/1710 pentru transportul la mine de cărbune al echipamentelor grele Xi'an Pubai Coal Mine Machinery Co., Ltd. și acoperirea grosimea a ajuns la 3 mm. După un test industrial de 240 de zile în mina de cărbune, grosimea de uzură a canelurii din mijloc a fost de 3~5 mm, în timp ce grosimea de uzură a plăcii rezistente la uzură NM450 a fost de 5~10 mm, iar rezistența la uzură a fost mult îmbunătățită.

4 Concluzie
(1) Adăugarea de particule WC a schimbat semnificativ microstructura acoperirii. Microstructura stratului de acoperire FeCoCrNiMn-xWC este compusă în principal din cristale echiaxiale și dendrite columnare. Odată cu creșterea conținutului de WC, particulele de WC și fazele BCC cresc, de asemenea, iar microstructura acoperirii este rafinată semnificativ. Microstructura este în principal faza FCC și faza BCC și conține o cantitate mică de faza WC, W2C și Cr7C3.
(2) Cantitatea de particule WC adăugată are un efect semnificativ asupra proprietăților mecanice ale acoperirii. Odată cu creșterea conținutului de WC, microduritatea stratului de placare crește semnificativ. Microduritatea medie a stratului de acoperire 10% WC este cea mai mare, cu valoarea maximă de 484.5 HV0.3.
(3) Pierderea la uzură și rata de uzură a stratului de acoperire de 10% WC sunt cele mai mici, care sunt 0.011 4 g și, respectiv, 0.857 × 10-5 g/(N·m). Rezistența la uzură este cea mai bună. Modurile de uzură sunt în principal uzura abrazivă și uzura oxidativă, însoțită de uzura adezivă.