För att förbättra slitstyrkan hos jordkontaktande delar av jordbruksmaskiner, FeCoCrNiMn högentropilegering, Fe90-legering och Ni60A legeringspulver valdes ut för jämförande studie. Den slitstarka beläggningen framställdes av laserbeklädnadsteknik med 65Mn stål som underlag, och dess slitprestanda testades av friktions- och slitagetestmaskin. Resultaten visade att FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggningen hade den tätaste strukturen, relativt enkla korn och inga komplexa intermetalliska föreningar bildades; mikrostrukturkornfördelningen av Ni60A- och Fe90-legeringsbeläggningar var relativt oordnad. Nötningsförlusterna för 65Mn stålsubstrat, Ni60A-legering, Fe90-legering och FeCoCrNiMn-beläggning med hög entropilegering var 9, 4, 5 respektive 2 mg, och slitageförlusten för substratet var mycket större än för beläggningen. Vickers-hårdheten för Fe90- och Ni60A-legeringsbeläggningar är 683.87 och 663.62 HV, och hårdheten för Fe-CoCrNiMn-beläggning med hög entropilegering är 635.81 HV, vilket är något lägre än andra beläggningar, men dess slitstyrka är bra.

Med den snabba utvecklingen av jordbruksmaskiner och utrustning påverkas de jordberörande delarna av jordbruksmaskiner av stötslitage och friktionsslitage av slipmedel som jord och sand under lång tid, vilket ställer högre krav på slitstyrkan hos traditionell jord -kontaktande delar. Bland olika antinötningsåtgärder är laserbeklädnad och ytbehandling av den trasiga ytan på de jordkontaktande delarna två vanliga behandlingsmetoder. De använder båda olika fyllmedel för att smälta eller värma beläggningsmaterialet till ett halvsmält tillstånd och täcka det på ytan av substratet, och därigenom förbättra substratets slitstyrka. De två vanligaste beläggningsmaterialen för delar som kommer i kontakt med jord är järnbaserade legeringar och nickelbaserade legeringar. Båda beläggningsmaterialen är baserade på ett legeringselement och förbättrar beläggningsprestandan genom att lägga till andra lämpliga element. För närvarande har forskningen och tillämpningen av att förbättra slitstyrkan hos traditionella metallmaterial varit nära mättnad, och utrymmet för forskning blir mindre och mindre.

Högentropilegeringar är sammansatta av en mängd olika legeringselement med liknande atomära förhållanden, med mer enhetliga och enkla fasta lösningsfaser, som visar hög hållfasthet, hög slitstyrka och god korrosionsbeständighet. Genom att använda högentropilegeringspulver för att förbereda slitstarka beläggningar på jordbruksmaskiner som kommer i kontakt med jord, har delarna hög slitstyrka och kan förlänga deras livslängd ytterligare.

Laserbeklädnadsteknik används för att förbereda beläggningar, vilket har fördelarna med värmekoncentration och liten värmepåverkad zon. Den organisatoriska strukturen som produceras i gjutområdet skiljer sig också från andra beklädnadsmetoder, såsom elektrognistavsättning, magnetronförstoftning och plasmabeklädnad. Samtidigt används laserbeklädnadsteknik för att förbereda beläggningar, och amorfa organisationsstrukturer bildas i beläggningsorganisationen. För närvarande finns det få studier om tillämpningen av beläggningsmaterial med hög entropilegering vid framställning av slitstarka beläggningar för jord-kontaktande delar av jordbruksmaskiner. I detta dokument preparerades slitstarka beläggningar av Fe90-legering, Ni60A-legering och FeCoCrNiMn högentropilegering på ytan av 65Mn stål med laserbeklädnadsteknik. Friktions- och nötningsegenskaperna hos beläggningar av högentropilegeringar jämfördes och studerades, och deras tribologiska lagar undersöktes för att ge en referens för tillämpningsexpansion av högentropilegeringar.

1 Experimentella material och metoder

1. 1 Förberedelse av beläggning
Provet använde 65Mn fjäderstål med hög kolhalt som basmaterial och skars till prover med en storlek på 200 mm × 400 mm × 4 mm med användning av en metallografisk skärmaskin. Provet maldes och polerades före beklädnad för att förhindra att oxidskiktet, olja och andra föroreningar på provets yta påverkade bindningsstyrkan mellan beläggningen och provet. Sandpapper med korn 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 och 2 000 korn användes för att slipa i tur och ordning. Det polerade provet rengjordes med ultraljud i etanol i 5 minuter, placerades i en torkugn vid 105 ℃ i 10 minuter och förseglades och lagrades efter torkning. Fe90-legering, Ni60A-legering och FeCoCrNiMn högentropilegeringspulver (partikelstorlek på 45 till 105 μm) valdes som beklädnadslagermaterial. Den kemiska sammansättningen av testmaterialen och pulvren visas i tabell 1. Den maximala uteffekten för laserbeklädnadsutrustningen CW-CBW-8000G-91-20L är 25,000 1 W. Testet använder sidoaxelns bredbandspulvermatningsmetod, argon skyddsgas, och beklädnadens tjocklek är 2 mm. Beklädnadsprocessens parametrar visas i tabell XNUMX.

1.2 Testkarakterisering
65Mn stål är prov S1, Ni60A-legeringsbeläggning är prov S2, Fe90-legeringsbeläggning är prov S3 och FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggning är prov S4. Den metallografiska etslösningen av prov S1 är 4% salpetersyralösning (koncentrerad salpetersyra och vattenfri etanol, volymförhållandet är 4:100); den metallografiska etsningslösningen av prov S2 är kopparsulfatpentahydratlösning (saltsyra, vatten och kopparsulfat, volymförhållandet är 10:10:1); den metallografiska etslösningen för proverna S3 och S4 är 5 % regia (koncentrerad saltsyra och koncentrerad salpetersyra, volymförhållandet är 3:1).

Den metallografiska mikrostrukturen av provet observerades med Leica DM4000M metallografiskt mikroskop; provets yt- och tvärsnittshårdhet mättes med Jinan Times TMVS-1 digital display Vickers hårdhetstestare; materialets friktions- och slitageprestanda detekterades av MMU-10 mikrodatorstyrd ändytas friktions- och slitagetestare; stift-skivfriktionsparet användes för testet, och slipkulan var en ZrO2-slipkula med en diameter på 6 mm. Testparametrarna var belastning 50 N, hastighet 80 r/min och friktionstid 120 min; slitageärrets morfologi efter friktions- och slitagetestet av provet observerades med ett optiskt mikroskop.

2 Testresultat och analys

2.1 Beläggningens metallografiska struktur
Figur 1 visar det metallografiska ytstrukturdiagrammet för proverna S1, S2, S3 och S4. Som visas i figur 1a är strukturen hos prov S1 huvudsakligen sammansatt av ferrit och perlit fördelade i rutnätsform. Det kan tydligt ses från figur 1b att mikrostrukturen för beläggningen av prov S2 är dendriter och retikulär eutektik, den organisatoriska fasen är relativt fin och dendriterna är relativt röriga och de långa remsorna och blockiga organisationerna genereras oregelbundet. Som visas i figur 1c är mikrostrukturen av tvärsnittet av beläggningen av prov S3 grova och enhetliga dendriter, sammanflätade dendritorganisationer och ett stort antal ljusfärgade glänsande granulära utfällningar. Såsom visas i figur Id är tvärsnittsorganisationen av beläggningen av prov S1 den mest täta, huvudsakligen sammansatt av likaxliga kristaller jämnt fördelade och oregelbundna hål utfälls. Om man jämför de fyra organisationerna är ytkornstorleken på S4-beläggningen den minsta, kornen är täta och enhetliga, kornen är relativt enkla och det finns ingen komplex bildning av intermetalliska föreningar.

2. 2 Beläggningens mikrohårdhet
Figur 2 är en jämförelse av ytmikrohårdheten hos proverna. Vickers-hårdheten för proverna S1, S2, S3 och S4 är cirka 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV respektive 635.51 HV. Figur 3 är en jämförelse av tvärsnittets mikrohårdhet hos proverna. Det kan ses från figur 3 att den genomsnittliga Vickers-hårdheten för beläggningarna i proverna S2 och S3 är 3 till 4 gånger högre än den för prov S1, vilket indikerar att hårdheten hos beläggningarna i S2 och S3 är högre och att beläggningsmetallurgisk kristallisation effekten är bättre. Den genomsnittliga Vickers-hårdheten för beläggningsytan på prov S4 är något lägre än den för proverna S2 och S3. Detta beror på att när FeCoCrNiMn högentropilegeringspulvret snabbt stelnar är gitterförvrängningen liten och FCC-kristallstrukturen utfälls och dispergeras i det amorfa skiktet av beklädnadsskiktet, vilket i viss utsträckning kan reflektera att FeCoCrNiMn högentropilegeringen beläggningen har god seghet och låg hårdhet.

2.3 Friktions- och slitageegenskaper
2.3.1 Genomsnittlig friktionskoefficient
Figur 4 är den genomsnittliga friktionskoefficientkurvan för proverna S1, S2, S3 och S4. Det kan ses att vid rumstemperatur är medelfriktionskoefficienten för ytan av prov S1 cirka 0.53, och medelfriktionskoefficienten fluktuerar mest under de första 20 minuterna och stiger till cirka 0.6; Med tiden tenderar den genomsnittliga friktionskoefficienten att vara stabil. Detta beror på att i det tidiga skedet av friktion mellan prov S1 och ZrO2-slipkula, finns det mycket slitageskräp mellan slitmärket och slipkulan, vilket ger en stor skjuvspänning, vilket resulterar i en kraftig fluktuation av friktionskoefficienten. Medelfriktionskoefficienterna för proverna S2, S3 och S4 är cirka 0.38, 0.32 och 0.25. Den komplexa fördelningen av hårdfaspartiklar i prov S2 får den genomsnittliga friktionskoefficientkurvan att fluktuera kraftigare. Hårdheten för proverna S3 och S4 är mycket mindre än för ZrO2-slipkula. Beläggningslegeringsmaterialet med lägre hårdhet har också lägre skjuvhållfasthet, vilket bidrar till att minska den genomsnittliga friktionskoefficienten under friktion. De genomsnittliga friktionskoefficientkurvorna för proverna S3 och S4 har i princip samma trend och upprätthåller en relativt stabil dynamisk balans. Bland dem är den genomsnittliga friktionskoefficienten för prov S4 den lägsta, friktionskraften under samma kraft är den minsta och förslitningsgraden är den lägsta. Detta beror på att när prov S4 kyls snabbt, finns det färre partiklar i orenhetsfas, beläggningsytan är jämnare och har färre defekter, och kontakten med ZrO2-slipkulan är jämnare, utan uppenbara och drastiska fluktuationer.

2. 3. 2 Bär viktminskning
Provens viktförlustdata för slitage visas i figur 5. Den maximala slitageförlusten för prov S1 är 9 mg och slitageförlusterna för proverna S2 och S3 är 4 mg respektive 5 mg. Bland dem är slitageförlusten för prov S4 den lägsta, som är 2 mg. Detta beror på att FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggningen har en enda FCC-fas, hög plasticitet och god seghet. Under friktionsbieffekten av en belastning på 50 N, kan FeCoCrNiMn högentropilegeringsmaterialet absorbera en stor mängd energi, är inte lätt att bilda utmattningsflossning och har god slitstyrka.

2.3.3 Analys av slitagemorfologi
Figur 6 visar slitageärrets morfologi för de fyra proverna observerade under samma testförhållanden efter 120 minuters slitage. Som framgår av figur 6a har S1 kraftig plastisk deformation på grund av dess låga totala hårdhet, slitärrets konkava yta är grov, det finns en stor yta av bindningsskikt och delaminering uppstår. Som framgår av figur 6b är beläggningsytan på prov S2 oregelbundet fördelad med elliptiska prickformade vita föreningar, vilket förbättrar beläggningens hårdhet, åtföljd av uppenbara slitageärr och enkelriktade fåror. Beläggningsytans hårdhet för prov S3 är den högsta, såsom visas i figur 6c, slitageärrets bredd är smal och spåren på beläggningsytan är grunda. I motsats till detta, i figur 6d, är spåren i beläggningen av prov S4 mycket jämna, vilket beror på den enhetliga strukturen hos beklädnadsskiktet, fina korn och god slitstyrka; det finns uppenbara oregelbundna porer i spåren, vilket kan orsakas av att det högentropiska legeringspulvret blandas med gas i smält tillstånd under laserstrålens höga temperatur och att gasen forsar ut när provet kyls för att bilda porer .

Under samma testförhållanden gäller att ju större bredd testslitärret är, desto större blir viktminskningen. Genom att jämföra viktminskningen för olika prover i figur 5 kan man se att sambandet mellan storleken på provslitageärret är S1> S3> S2> S4. Detta överensstämmer med testresultaten för viktminskning som visas i figur 5.

Slutsats

1) FeCoCrNiMn-högentropin legeringsbeläggning har den tätaste strukturen och den minsta kornstorleken, medan mikrostrukturens kornfördelning av Ni60A- och Fe90-legeringsbeläggningarna är mer kaotisk. FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggningen har en relativt enkel kornstruktur och inga komplexa intermetalliska föreningar bildas.

2) Vickers-hårdheten för Ni60A-legeringen, Fe90-legeringen och FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggningarna är ungefär 683.87, 663.62 och 635.51 HV, vilket är betydligt högre än Vickers-hårdheten för substratet (234.02 HV). Hårdhetsvärdet för Fe-CoCrNiMn högentropilegeringsbeläggningen är något lägre än för Ni60A-legeringen och Fe90-legeringsbeläggningarna, vilket inte påverkar dess slitstyrka.

3) Slitageförlusterna för 65Mn stålsubstrat, Ni60A-legering, Fe90-legering och Fe-CoCrNiMn-beläggning av högentropilegering är 9, 4, 5 respektive 2 mg. Slitärret från FeCoCrNiMn högentropilegeringsbeläggning är det smidigaste, med grunt slitageärrdjup, liten materialförlust och högsta slitstyrka.