Za izboljšanje odpornosti proti obrabi delov kmetijskih strojev, ki so v stiku s tlemi, zlitine FeCoCrNiMn z visoko entropijo, zlitine Fe90 in Ni60A zlitine v prahu so bili izbrani za primerjalno študijo. Premaz, odporen proti obrabi, je pripravil tehnologija laserske obloge z jeklom 65Mn kot substratom, njegova obrabna zmogljivost pa je bila testirana s strojem za testiranje trenja in obrabe. Rezultati so pokazali, da ima prevleka iz visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn najgostejšo strukturo, razmeroma preprosta zrna in da se ne oblikujejo kompleksne intermetalne spojine; porazdelitev zrn mikrostrukture prevlek iz zlitin Ni60A in Fe90 je bila relativno neurejena. Izgube obrabe jeklene podlage 65Mn, zlitine Ni60A, zlitine Fe90 in prevleke iz visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn so bile 9, 4, 5 oziroma 2 mg, izguba obrabe podlage pa je bila veliko večja kot pri prevleki. Vickersova trdota prevlek iz zlitine Fe90 in Ni60A je 683.87 in 663.62 HV, trdota prevleke iz zlitine z visoko entropijo Fe-CoCrNiMn pa je 635.81 HV, kar je nekoliko nižje od drugih prevlek, vendar je njegova odpornost proti obrabi dobra.

S hitrim razvojem kmetijskih strojev in opreme so deli kmetijskih strojev, ki so v stiku s tlemi, dolgo časa pod vplivom udarne obrabe in obrabe zaradi trenja abrazivov, kot sta zemlja in pesek, kar postavlja višje zahteve glede odpornosti proti obrabi tradicionalne zemlje. -kontaktni deli. Med različnimi protiobrabnimi ukrepi sta dve pogosto uporabljeni metodi obdelave lasersko oplaščenje in površinska obdelava poškodovane površine delov, ki so v stiku s tlemi. Oba uporabljata različna polnila za taljenje ali segrevanje premaznega materiala v polstaljeno stanje in ga prekrijeta na površini substrata, s čimer izboljšata odpornost substrata proti obrabi. Dva najpogostejša premazna materiala za dele, ki so v stiku z zemljo, sta zlitine na osnovi železa in zlitine na osnovi niklja. Oba premazna materiala temeljita na elementu zlitine in izboljšata učinkovitost premaza z dodajanjem drugih ustreznih elementov. Trenutno so raziskave in uporaba izboljšanja odpornosti proti obrabi tradicionalnih kovinskih materialov blizu zasičenosti, prostor za raziskave pa postaja vse manjši.

Zlitine z visoko entropijo so sestavljene iz različnih legirnih elementov s podobnimi atomskimi razmerji, z bolj enotnimi in preprostimi fazami trdne raztopine, ki kažejo visoko trdnost, visoko odpornost proti obrabi in dobro odpornost proti koroziji. Z uporabo prahu zlitine z visoko entropijo za pripravo premazov, odpornih proti obrabi, na delih kmetijskih strojev, ki so v stiku z zemljo, imajo deli visoko odpornost proti obrabi in lahko dodatno podaljšajo svojo življenjsko dobo.

Za pripravo premazov se uporablja tehnologija laserskega oplaščanja, ki ima prednosti koncentracije toplote in majhne toplotno prizadete cone. Organizacijska struktura, proizvedena na področju litja, se prav tako razlikuje od drugih metod oplaščenja, kot so nanos z elektroiskrom, magnetronsko razprševanje in plazemsko oplaščenje. Hkrati se za pripravo premazov uporablja laserska tehnologija oblaganja, v organizaciji premazov pa se oblikujejo amorfne organizacijske strukture. Trenutno je malo študij o uporabi materialov za prevleke iz zlitin z visoko entropijo pri pripravi premazov, odpornih proti obrabi, za dele kmetijskih strojev, ki so v stiku s tlemi. V tem prispevku so bile proti obrabi odporne prevleke iz zlitine Fe90, zlitine Ni60A in visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn pripravljene na površini jekla 65Mn s tehnologijo laserskega oplaščanja. Primerjali in proučevali smo torne in obrabne lastnosti prevlek iz zlitin z visoko entropijo, njihove tribološke zakonitosti pa smo raziskali, da bi zagotovili referenco za razširitev uporabe zlitin z visoko entropijo.

1 Eksperimentalni materiali in metode

1. 1 Priprava premaza
Vzorec je kot osnovni material uporabil visokoogljično vzmetno jeklo 65Mn in je bil razrezan na vzorce velikosti 200 mm × 400 mm × 4 mm z uporabo metalografskega rezalnega stroja. Vzorec je bil brušen in poliran pred oplaščenjem, da bi preprečili, da bi oksidna plast, olje in druge nečistoče na površini vzorca vplivale na trdnost vezi med prevleko in vzorcem. Za brušenje smo izmenično uporabljali brusni papir z granulacijo 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 in 2 000. Polirani vzorec je bil ultrazvočno očiščen v etanolu 5 minut, postavljen v sušilnik pri 105 ℃ za 10 minut ter zaprt in shranjen po sušenju. Zlitina Fe90, zlitina Ni60A in prah zlitine z visoko entropijo FeCoCrNiMn (velikost delcev od 45 do 105 μm) so bili izbrani kot materiali za oblogo. Kemična sestava preskusnih materialov in praškov je prikazana v tabeli 1. Največja izhodna moč opreme za lasersko oplaščenje CW-CBW-8000G-91-20L je 25,000 W. Test uporablja širokopasovno metodo dovajanja prahu po stranski osi, argon zaščitni plin, debelina obloge pa je 1 mm. Parametri postopka obloge so prikazani v tabeli 2.

1.2 Karakterizacija preskusa
Jeklo 65Mn je vzorec S1, prevleka iz zlitine Ni60A je vzorec S2, prevleka iz zlitine Fe90 je vzorec S3, prevleka iz zlitine z visoko entropijo FeCoCrNiMn pa je vzorec S4. Raztopina za metalografsko jedkanje vzorca S1 je 4 % raztopina dušikove kisline (koncentrirana dušikova kislina in brezvodni etanol, volumsko razmerje je 4:100); raztopina za metalografsko jedkanje vzorca S2 je raztopina bakrovega sulfata pentahidrata (klorovodikova kislina, voda in bakrov sulfat, prostorninsko razmerje je 10:10:1); raztopina za metalografsko jedkanje vzorcev S3 in S4 je 5 % kraljeva vodka (koncentrirana klorovodikova kislina in koncentrirana dušikova kislina, prostorninsko razmerje je 3:1).

Metalografsko mikrostrukturo vzorca smo opazovali z metalografskim mikroskopom Leica DM4000M; trdota površine in preseka vzorca je bila izmerjena z digitalnim prikazovalnikom Jinan Times TMVS-1 po Vickersu; zmogljivost trenja in obrabe materiala je zaznal mikroračunalniško voden tester trenja in obrabe MMU-10; za preizkus je bil uporabljen torni par čep-disk, mlevna krogla pa je bila brusna krogla ZrO2 s premerom 6 mm. Testni parametri so bili obremenitev 50 N, hitrost 80 r/min in čas trenja 120 min; morfologijo brazgotine obrabe po preskusu trenja in obrabe vzorca smo opazovali z optičnim mikroskopom.

2 Rezultati preskusov in analiza

2.1 Metalografska struktura prevleke
Slika 1 prikazuje diagram površinske metalografske strukture vzorcev S1, S2, S3 in S4. Kot je prikazano na sliki 1a, je struktura vzorca S1 v glavnem sestavljena iz ferita in perlita, porazdeljenih v obliki mreže. Na sliki 1b je jasno razvidno, da je mikrostruktura prevleke vzorca S2 sestavljena iz dendritov in retikularne evtektike, organizacijska faza je razmeroma v redu, dendriti pa so razmeroma neurejeni, dolgi trakovi in ​​kockaste organizacije pa nastajajo nepravilno. Kot je prikazano na sliki 1c, so mikrostruktura preseka prevleke vzorca S3 grobi in enakomerni dendriti, prepletene organizacije dendritov in veliko število svetlečih sijočih zrnatih oborin. Kot je prikazano na sliki 1d, je organizacija preseka prevleke vzorca S4 najbolj gosta, v glavnem sestavljena iz enakomerno porazdeljenih kristalov z enakimi osemi, izločene pa so nepravilne luknje. Če primerjamo štiri organizacije, je velikost površinskih zrn prevleke S4 najmanjša, zrna so gosta in enakomerna, zrna so relativno enostavna in ni tvorbe kompleksne intermetalne spojine.

2. 2 Mikrotrdota prevleke
Slika 2 je primerjava površinske mikrotrdote vzorcev. Vickersova trdota vzorcev S1, S2, S3 in S4 je približno 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV oziroma 635.51 HV. Slika 3 je primerjava presečne mikrotrdote vzorcev. Iz slike 3 je razvidno, da je povprečna Vickersova trdota prevlek vzorcev S2 in S3 3- do 4-krat višja od trdote vzorca S1, kar kaže, da je trdota prevlek S2 in S3 višja in kristalizacija metalurgije obloge. učinek je boljši. Povprečna Vickersova trdota površine prevleke vzorca S4 je nekoliko nižja kot pri vzorcih S2 in S3. To je zato, ker ko se prah zlitine z visoko entropijo FeCoCrNiMn hitro strdi, je popačenje mreže majhno, kristalna struktura FCC pa se obori in razprši v amorfni plasti obloge, kar lahko do določene mere odraža, da zlitina z visoko entropijo FeCoCrNiMn prevleka ima dobro žilavost in nizko trdoto.

2.3 Lastnosti trenja in obrabe
2.3.1 Povprečni koeficient trenja
Slika 4 je krivulja povprečnega tornega koeficienta vzorcev S1, S2, S3 in S4. Vidimo, da je pri sobni temperaturi povprečni koeficient trenja površine vzorca S1 okoli 0.53, povprečni koeficient trenja pa najbolj niha v prvih 20 minutah in se dvigne na okoli 0.6; s časom je povprečni koeficient trenja stabilen. To je zato, ker je v zgodnji fazi trenja med vzorcem S1 in brusno kroglo ZrO2 veliko ostankov obrabe med oznako obrabe in brusno kroglo, kar povzroči veliko strižno napetost, kar ima za posledico močno nihanje koeficienta trenja. Povprečni torni koeficienti vzorcev S2, S3 in S4 so približno 0.38, 0.32 in 0.25. Kompleksna porazdelitev delcev trde faze v vzorcu S2 povzroči, da krivulja povprečnega koeficienta trenja močneje niha. Trdota vzorcev S3 in S4 je precej manjša od trdote brusne krogle ZrO2. Material prevlečne zlitine z nižjo trdoto ima tudi nižjo strižno trdnost, kar prispeva k zmanjšanju povprečnega koeficienta trenja med trenjem. Krivulji povprečnega tornega koeficienta vzorcev S3 in S4 imata v bistvu enak trend in ohranjata relativno stabilno dinamično ravnovesje. Med njimi je povprečni koeficient trenja vzorca S4 najnižji, sila trenja pod isto silo je najmanjša in stopnja obrabe je najnižja. To je zato, ker je pri hitrem ohlajanju vzorca S4 manj delcev nečistoče, površina prevleke je bolj gladka in ima manj napak, stik z brusno kroglo ZrO2 pa je bolj gladek, brez očitnih in drastičnih nihanj.

2. 3. 2 Nosite hujšanje
Podatki o izgubi teže vzorcev ob obrabi so prikazani na sliki 5. Največja izguba obrabe vzorca S1 je 9 mg, izgube obrabe vzorcev S2 in S3 pa 4 mg oziroma 5 mg. Med njimi je najmanjša obrabna izguba vzorca S4, ki znaša 2 mg. To je zato, ker ima prevleka iz visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn eno fazo FCC, visoko plastičnost in dobro žilavost. Pod stranskim učinkom trenja obremenitve 50 N lahko material zlitine FeCoCrNiMn z visoko entropijo absorbira veliko količino energije, ni enostavno oblikovati luščenja zaradi utrujenosti in ima dobro odpornost proti obrabi.

2.3.3 Analiza morfologije obrabe
Slika 6 prikazuje morfologijo obrabnih brazgotin štirih vzorcev, opazovanih pod enakimi preskusnimi pogoji po 120 minutah nošenja. Kot je razvidno iz slike 6a, ima S1 močno plastično deformacijo zaradi nizke splošne trdote, konkavna površina obrabne brazgotine je hrapava, obstaja velika površina vezne plasti in pride do delaminacije. Kot je razvidno iz slike 6b, je površina prevleke vzorca S2 neenakomerno porazdeljena z belimi spojinami v obliki eliptične pike, ki povečujejo trdoto prevleke, spremljajo pa jo očitne obrabne brazgotine in enosmerne brazde. Trdota površine prevleke vzorca S3 je največja, kot je prikazano na sliki 6c, širina brazgotine obrabe je ozka, utori na površini prevleke pa so plitki. Nasprotno pa so na sliki 6d žlebovi prevleke vzorca S4 zelo gladki, kar je posledica enakomerne strukture obloge, drobnih zrn in dobre odpornosti proti obrabi; v žlebovih so očitne neenakomerne pore, ki jih lahko povzroči prah visokoentropijske zlitine, ki je pomešan s plinom v staljenem stanju pod visoko temperaturo laserskega žarka, in plin, ki bruha, ko se vzorec ohladi, da tvori pore .

Pri enakih preskusnih pogojih je večja kot je širina preskusne obrabne brazgotine, večja je izguba teže obrabe. S primerjavo izgube teže različnih vzorcev na sliki 5 je razvidno, da je razmerje med velikostjo brazgotine obrabe vzorca S1> S3> S2> S4. To je skladno z rezultati preskusa izgube teže zaradi obrabe, prikazanimi na sliki 5.

zaključek

1) Visoka entropija FeCoCrNiMn prevleka iz zlitine ima najgostejšo strukturo in najmanjšo velikost zrn, medtem ko je porazdelitev zrn mikrostrukture prevlek iz zlitin Ni60A in Fe90 bolj kaotična. Prevleka iz visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn ima razmeroma preprosto zrnato strukturo in ne tvori kompleksnih intermetalnih spojin.

2) Trdota po Vickersu zlitine Ni60A, zlitine Fe90 in prevlek iz zlitine z visoko entropijo FeCoCrNiMn je približno 683.87, 663.62 in 635.51 HV, kar je znatno višje od trdote podlage po Vickersu (234.02 HV). Vrednost trdote prevleke iz visokoentropijske zlitine Fe-CoCrNiMn je nekoliko nižja kot pri prevlekah iz zlitine Ni60A in zlitine Fe90, kar ne vpliva na njeno odpornost proti obrabi.

3) Izgube obrabe jeklene podlage 65Mn, zlitine Ni60A, zlitine Fe90 in prevleke iz visokoentropijske zlitine Fe-CoCrNiMn so 9, 4, 5 oziroma 2 mg. Brazgotina obrabe visokoentropijske zlitine FeCoCrNiMn je najbolj gladka, z majhno globino brazgotine obrabe, majhno izgubo materiala in najvišjo odpornostjo proti obrabi.