Aby sa zlepšila odolnosť častí poľnohospodárskych strojov, ktoré prichádzajú do styku s pôdou, zliatina FeCoCrNiMn s vysokou entropiou, zliatina Fe90 a Ni60A zliatinové prášky boli vybrané na porovnávaciu štúdiu. Povlak odolný proti opotrebeniu pripravil laserová obkladová technológia s oceľou 65 Mn ako substrátom a jej výkon pri opotrebení bol testovaný strojom na testovanie trenia a opotrebovania. Výsledky ukázali, že povlak zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou mal najhustejšiu štruktúru, relatívne jednoduché zrná a nevytvorili sa žiadne zložité intermetalické zlúčeniny; distribúcia zŕn mikroštruktúry povlakov zliatin Ni60A a Fe90 bola relatívne neusporiadaná. Straty opotrebovaním oceľového substrátu 65Mn, zliatiny Ni60A, zliatiny Fe90 a povlaku zliatiny s vysokou entropiou FeCoCrNiMn boli 9, 4, 5 a 2 mg a strata opotrebovaním substrátu bola oveľa väčšia ako pri povlaku. Tvrdosť povlakov zliatiny Fe90 a Ni60A podľa Vickersa je 683.87 a 663.62 HV a tvrdosť povlaku zliatiny Fe-CoCrNiMn s vysokou entropiou je 635.81 HV, čo je o niečo menej ako u iných povlakov, ale jeho odolnosť proti opotrebeniu je dobrá.

S rýchlym vývojom poľnohospodárskych strojov a zariadení sú časti poľnohospodárskych strojov, ktoré prichádzajú do styku s pôdou, dlhodobo ovplyvnené rázovým a trecím opotrebením abrazív, ako je zemina a piesok, čo kladie vyššie požiadavky na odolnosť tradičnej pôdy proti opotrebeniu. - kontaktné časti. Spomedzi rôznych opatrení proti opotrebovaniu sú dve bežne používané metódy úpravy laserové opláštenie a povrchová úprava poškodeného povrchu častí, ktoré prichádzajú do styku s pôdou. Obidva používajú rôzne plnivá na roztavenie alebo zahriatie poťahového materiálu do poloroztopeného stavu a jeho pokrytie na povrchu substrátu, čím sa zlepší odolnosť substrátu proti opotrebovaniu. Dva najbežnejšie náterové materiály pre časti prichádzajúce do styku s pôdou sú zliatiny na báze železa a zliatiny na báze niklu. Oba povlakové materiály sú založené na zliatinovom prvku a zlepšujú vlastnosti povlaku pridaním ďalších vhodných prvkov. V súčasnosti sa výskum a aplikácia zlepšovania odolnosti proti opotrebeniu tradičných kovových materiálov blíži k saturácii a priestor pre výskum je čoraz menší.

Zliatiny s vysokou entropiou sa skladajú z rôznych legujúcich prvkov s podobnými atómovými pomermi, s rovnomernejšími a jednoduchými fázami tuhého roztoku, ktoré vykazujú vysokú pevnosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a dobrú odolnosť proti korózii. Použitím práškovej zliatiny s vysokou entropiou na prípravu povlakov odolných voči opotrebeniu na častiach poľnohospodárskych strojov, ktoré prichádzajú do styku s pôdou, majú diely vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a môžu ďalej predĺžiť ich životnosť.

Na prípravu povlakov sa používa technológia laserového plátovania, ktorá má výhody koncentrácie tepla a malej tepelne ovplyvnenej zóny. Organizačná štruktúra vyrábaná v oblasti odlievania je tiež odlišná od iných metód plátovania, ako je elektroiskrové nanášanie, magnetrónové naprašovanie a plazmové plátovanie. Zároveň sa na prípravu náterov používa technológia laserového plátovania a v organizácii náterov sa vytvárajú amorfné organizačné štruktúry. V súčasnosti existuje len málo štúdií o aplikácii vysoko entropických zliatinových povlakových materiálov pri príprave povlakov odolných voči opotrebovaniu pre časti poľnohospodárskych strojov, ktoré prichádzajú do styku s pôdou. V tomto článku boli na povrchu ocele 90Mn pomocou technológie laserového plátovania pripravené povlaky zliatiny Fe60, zliatiny Ni65A a zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou. Porovnávali sa a študovali vlastnosti trenia a opotrebovania vysoko entropických zliatinových povlakov a skúmali sa ich tribologické zákony, aby poskytli referenciu pre rozšírenie aplikácie zliatin s vysokou entropiou.

1 Experimentálne materiály a metódy

1. 1 Príprava náteru
Vzorka používala ako základný materiál 65Mn pružinovú oceľ s vysokým obsahom uhlíka a pomocou metalografického rezacieho stroja bola narezaná na vzorky s rozmermi 200 mm × 400 mm × 4 mm. Vzorka bola brúsená a leštená pred plátovaním, aby sa zabránilo tomu, že vrstva oxidu, olej a iné nečistoty na povrchu vzorky ovplyvnia pevnosť spojenia medzi povlakom a vzorkou. Na brúsenie sa postupne použili brúsne papiere so zrnitosťou 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 a 2 000. Vyleštená vzorka sa čistila ultrazvukom v etanole počas 5 minút, umiestnila sa do sušiacej pece pri 105 °C na 10 minút a po vysušení sa uzavrela a skladovala. Ako materiály plášťovej vrstvy bola zvolená zliatina Fe90, zliatina Ni60A a prášková zliatina FeCoCrNiMn s vysokou entropiou (veľkosť častíc 45 až 105 μm). Chemické zloženie testovaných materiálov a práškov je uvedené v tabuľke 1. Maximálny výstupný výkon zariadenia na laserové plátovanie CW-CBW-8000G-91-20L je 25,000 1 W. Test využíva metódu širokopásmového podávania prášku na bočnej osi, argón ochranný plyn a hrúbka obkladového náteru je 2 mm. Parametre procesu opláštenia sú uvedené v tabuľke XNUMX.

1.2 Charakterizácia testu
Oceľ 65Mn je vzorka S1, povlak zliatiny Ni60A je vzorka S2, povlak zliatiny Fe90 je vzorka S3 a povlak zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou je vzorka S4. Metalografický leptací roztok vzorky S1 je 4 % roztok kyseliny dusičnej (koncentrovaná kyselina dusičná a bezvodý etanol, objemový pomer je 4:100); metalografickým leptacím roztokom vzorky S2 je roztok pentahydrátu síranu meďnatého (kyselina chlorovodíková, voda a síran meďnatý, objemový pomer je 10:10:1); metalografický leptací roztok vzoriek S3 a S4 je 5 % aqua regia (koncentrovaná kyselina chlorovodíková a koncentrovaná kyselina dusičná, objemový pomer je 3:1).

Metalografická mikroštruktúra vzorky bola pozorovaná metalografickým mikroskopom Leica DM4000M; povrchová a prierezová tvrdosť vzorky bola meraná digitálnym displejom Jinan Times TMVS-1 tvrdomerom Vickers; trenie a opotrebenie materiálu sa zisťovalo mikropočítačom MMU-10 riadeným testerom trenia a opotrebovania na koncovej ploche; na test sa použila trecia dvojica kolík-kotúč a brúsnou guľou bola brúsna guľôčka Zr2 s priemerom 6 mm. Skúšobnými parametrami boli zaťaženie 50 N, rýchlosť 80 ot./min. a čas trenia 120 minút; morfológia jazvy po opotrebení po teste trenia a opotrebovania vzorky sa pozorovala optickým mikroskopom.

2 Výsledky a analýza skúšky

2.1 Metalografická štruktúra povlaku
Obrázok 1 ukazuje diagram povrchovej metalografickej štruktúry vzoriek S1, S2, S3 a S4. Ako je znázornené na obrázku 1a, štruktúra vzorky S1 sa skladá hlavne z feritu a perlitu distribuovaných v tvare mriežky. Z obrázku 1b je jasne vidieť, že mikroštruktúra povlaku vzorky S2 sú dendrity a retikulárne eutektiká, organizačná fáza je relatívne jemná a dendrity sú relatívne chaotické a dlhé pásové a blokové organizácie sa generujú nepravidelne. Ako je znázornené na obrázku 1c, mikroštruktúra prierezu povlaku vzorky S3 sú hrubé a rovnomerné dendrity, prepletené dendritické organizácie a veľké množstvo svetlo sfarbených lesklých zrnitých precipitátov. Ako je znázornené na obrázku 1d, organizácia prierezu povlaku vzorky S4 je najhustejšia, pozostáva hlavne z rovnoosých kryštálov rovnomerne rozložených a nepravidelné otvory sú precipitované. V porovnaní so štyrmi organizáciami je veľkosť povrchového zrna povlaku S4 najmenšia, zrná sú husté a rovnomerné, zrná sú relatívne jednoduché a nedochádza k tvorbe komplexných intermetalických zlúčenín.

2. 2 Mikrotvrdosť povlaku
Obrázok 2 je porovnanie mikrotvrdosti povrchu vzoriek. Tvrdosť vzoriek S1, S2, S3 a S4 podľa Vickersa je približne 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV a 635.51 HV. Obrázok 3 je porovnanie mikrotvrdosti prierezu vzoriek. Z obrázku 3 je zrejmé, že priemerná tvrdosť povlakov vzoriek S2 a S3 podľa Vickersa je 3 až 4-krát vyššia ako tvrdosť vzorky S1, čo naznačuje, že tvrdosť povlakov vzoriek S2 a S3 je vyššia a kryštalizácia povlakovej metalurgie efekt je lepší. Priemerná tvrdosť povrchu povlaku podľa Vickersa vzorky S4 je o niečo nižšia ako tvrdosť vzoriek S2 a S3. Je to preto, že keď prášok zliatiny s vysokou entropiou FeCoCrNiMn rýchlo stuhne, deformácia mriežky je malá a kryštálová štruktúra FCC sa vyzráža a rozptýli v amorfnej vrstve povlakovej vrstvy, čo môže do určitej miery odrážať, že zliatina FeCoCrNiMn s vysokou entropiou povlak má dobrú húževnatosť a nízku tvrdosť.

2.3 Vlastnosti trenia a opotrebovania
2.3.1 Priemerný koeficient trenia
Obrázok 4 je krivka priemerného koeficientu trenia vzoriek S1, S2, S3 a S4. Je možné vidieť, že pri izbovej teplote je priemerný koeficient trenia povrchu vzorky S1 približne 0.53 a priemerný koeficient trenia najviac kolíše počas prvých 20 minút, pričom stúpa na približne 0.6; ako čas plynie, priemerný koeficient trenia má tendenciu byť stabilný. Je to preto, že v počiatočnom štádiu trenia medzi vzorkou S1 a brúsnou guľou ZrO2 je medzi značkou opotrebenia a brúsnou guľou veľa úlomkov opotrebenia, čo spôsobuje veľké šmykové napätie, čo vedie k prudkému kolísaniu koeficientu trenia. Priemerné koeficienty trenia vzoriek S2, S3 a S4 sú približne 0.38, 0.32 a 0.25. Komplexná distribúcia častíc tvrdej fázy vo vzorke S2 ​​spôsobuje, že krivka priemerného koeficientu trenia kolíše prudšie. Tvrdosť vzoriek S3 a S4 je oveľa menšia ako tvrdosť brúsnej gule ZrO2. Materiál povlakovej zliatiny s nižšou tvrdosťou má tiež nižšiu pevnosť v šmyku, čo vedie k zníženiu priemerného koeficientu trenia počas trenia. Krivky priemerného koeficientu trenia vzoriek S3 a S4 majú v podstate rovnaký trend, pričom si zachovávajú relatívne stabilnú dynamickú rovnováhu. Spomedzi nich je priemerný koeficient trenia vzorky S4 najnižší, trecia sila pri rovnakej sile je najmenšia a stupeň opotrebenia je najnižší. Je to preto, že keď sa vzorka S4 rýchlo ochladí, je tam menej častíc fázy nečistôt, povrch povlaku je hladší a má menej defektov a kontakt s mlecou guľou ZrO2 je hladší, bez zjavných a drastických výkyvov.

2. 3. 2 Noste chudnutie
Údaje o strate hmotnosti pri opotrebovaní vzoriek sú znázornené na obrázku 5. Maximálna strata opotrebovaním vzorky S1 je 9 mg a straty opotrebovaním vzoriek S2 a S3 sú 4 mg a 5 mg. Spomedzi nich je úbytok opotrebovaním vzorky S4 najnižší, čo je 2 mg. Je to preto, že povlak zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou má jednu FCC fázu, vysokú plasticitu a dobrú húževnatosť. Pri vedľajšom účinku trenia pri zaťažení 50 N môže materiál zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou absorbovať veľké množstvo energie, nie je ľahké vytvárať únavové odlupovanie a má dobrú odolnosť proti opotrebovaniu.

2.3.3 Analýza morfológie opotrebovania
Obrázok 6 ukazuje morfológiu jaziev po opotrebovaní štyroch vzoriek pozorovaných za rovnakých testovacích podmienok po 120 minútach nosenia. Ako je možné vidieť na obrázku 6a, S1 má silnú plastickú deformáciu v dôsledku svojej nízkej celkovej tvrdosti, konkávny povrch jazvy po opotrebení je drsný, je tu veľká plocha spojovacej vrstvy a dochádza k delaminácii. Ako je možné vidieť na obrázku 6b, povrch povlaku vzorky S2 je nepravidelne rozložený s elipsovitými bielymi zlúčeninami v tvare bodky, čo zvyšuje tvrdosť povlaku, sprevádzané zjavnými jazvami po opotrebení a jednosmernými ryhami. Tvrdosť povrchu povlaku vzorky S3 je najvyššia, ako je znázornené na obrázku 6c, šírka jazvy po opotrebení je úzka a drážky na povrchu povlaku sú plytké. Na rozdiel od toho na obrázku 6d sú drážky povlaku vzorky S4 veľmi hladké, čo je spôsobené jednotnou štruktúrou obkladovej vrstvy, jemnými zrnami a dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu; v drážkach sú zjavné nepravidelné póry, ktoré môžu byť spôsobené zmiešaním prášku vysokoentropickej zliatiny s plynom v roztavenom stave pri vysokej teplote laserového lúča a pri ochladzovaní vzorky vyteká plyn a vytvára póry .

Za rovnakých testovacích podmienok platí, že čím väčšia je šírka testovacej jazvy, tým väčšia je strata hmotnosti. Porovnaním úbytku hmotnosti rôznych vzoriek na obrázku 5 je možné vidieť, že vzťah medzi veľkosťou jazvy po opotrebovaní vzorky je S1> S3> S2> S4. To je v súlade s výsledkami testu úbytku hmotnosti pri opotrebovaní zobrazenými na obrázku 5.

Záver

1) Vysoká entropia FeCoCrNiMn zliatinový povlak má najhustejšiu štruktúru a najmenšiu veľkosť zrna, zatiaľ čo rozdelenie zŕn mikroštruktúry povlakov zliatiny Ni60A a Fe90 je chaotickejšie. Povlak zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou má relatívne jednoduchú štruktúru zŕn a nevytvárajú sa žiadne zložité intermetalické zlúčeniny.

2) Tvrdosť podľa Vickersa zliatiny Ni60A, zliatiny Fe90 a zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou je približne 683.87, 663.62 a 635.51 HV, čo je výrazne vyššia hodnota ako tvrdosť substrátu podľa Vickersa (234.02 HV). Hodnota tvrdosti povlaku zliatiny Fe-CoCrNiMn s vysokou entropiou je o niečo nižšia ako hodnota tvrdosti povlaku zliatiny Ni60A a zliatiny Fe90, čo neovplyvňuje jeho odolnosť proti opotrebovaniu.

3) Straty opotrebovaním oceľového substrátu 65Mn, zliatiny Ni60A, zliatiny Fe90 a povlaku zliatiny Fe-CoCrNiMn s vysokou entropiou sú 9, 4, 5 a 2 mg. Jazva po opotrebení povlaku zliatiny FeCoCrNiMn s vysokou entropiou je najhladšia, s malou hĺbkou jazvy po opotrebení, malou stratou materiálu a najvyššou odolnosťou proti opotrebeniu.