等离子熔敷高熵合金涂层碳化物析出行为及其耐磨性研究

High-entropy alloys (HEA) with at least five principal elements in equimolar or near-equimolar ratios, has been explored，which broken through the concept of traditional alloy that must contain one or tow main elements. As the mixing entropy of HEA is high, it leads to the formation of simple solid solutions during solidification, rather than inter-metallic compounds. HEA exhibits excellent properties e.g., high hardness, excellent high-temperature mechanical properties, good wear resistance and high corrosion resistance.it will have widely applying field..The study on the HEA containing carbide is seldom found. It is unaware of the precipitation behavior of carbide in HEA. In this program, the research work focus on the HEA coating deposited by PTA cladding method. The precipitation regulation of carbide in the HEA containing carbide and strong carbide-forming element will be studied and the abrasive wear resistance of the coating will also be studied. The research is frontal and will extend field of HEA. It will have important academic value for HEA and explore a new way to apply the HEA .

高熵合金突破传统合金以1种或2种金属元素为主的设计思路, 是以5种以上的元素为主，按照等摩尔或接近等摩尔比例设计的新型合金。由于多组元高熵合金具有很高的混合熵，能够在凝固过程中抑制大多数金属间化合物析出，因而，高熵合金得到的组织往往具有简单的相结构。高熵合金拥有许多优异的特性,如高硬度、优良耐温性以及良好的耐磨性和耐腐蚀性，具有广泛的应用前景。.含碳化物相增强的高熵合金的研究鲜有报导，对碳化物在高熵合金中的析出行为还缺乏认识。本项研究将含碳的、具有碳化物增强的高熵合金作为研究对象，采用等离子转移电弧熔覆方法制备高熵合金涂层，研究含碳和强碳化物形成元素的高熵合金熔覆层碳化物的析出规律，以及含碳化物相的高熵合金熔覆层的耐磨性能。所作的研究延伸了高熵合金的研究领域，具有一定的前瞻性。对探索含碳化物高熵合金具有重要学术价值，为高熵合金的工程化应用探索新的路径。

采用等离子熔覆方法在碳钢表面制备了高熵合金熔覆层。在高熵合金中加入碳和碳化物形成元素，研究了碳化物析出规律以及对耐磨性能的影响。研究证实，用等离子熔覆方法可以在普通碳钢表面制备出具有FCC、BCC、和FCC+BCC晶体结构的高熵合金熔覆层。目前高熵合金的制备方法主要是真空熔炼法，也有少数研究采用热喷涂方法制备高熵合金涂层，而用等离子熔覆方法制备高熵合金涂层在国际上尚属首次，由于这种方法可以制备出碳钢+高熵合金的复合材料，相比真空熔炼方法，不仅成本大幅降低，而且具有很好的加工灵活性，可以充分高熵合金性能上的优势制备复合材料。本项研究拓宽了高熵合金的研究领域和应有领域，存在着广泛的应有空间和应有前景。. 通过研究证实，高熵合金的高熵效应并不能抑制强碳化物相的析出，通过在不同种类的高熵合金中加入碳和强碳化物形成元素，碳化物都可以原位析出，成功制备了含有原位析出碳化物硬质相的高熵合金熔覆层。尤其是Al1.5CoCrFeNi(NbC)0.3和Al1.5CoCrFeNi(NbC)0.4的相对耐磨性分别达到了高铬铸铁的5.80倍和6.55倍，说明NbC的析出大大提高了熔覆层的耐磨性。. 等离子熔覆条件下，确定了几种高熵合金体系中碳的室温溶解度。碳元素在Al1.5CoCrFeNiNb0.2高熵合金中的室温溶解度在0.042%~0.084%之间。碳元素在AlCoCrCuFeNiMnV0.2高熵合金中的室温溶解度取值范围介于0.01~0.02（摩尔比），C元素在AlCoCrCuFeNiMnVNb0.2高熵合金体系中的室温溶解度取值范围在0.01~ 0.03（摩尔比）之间，碳元素在AlCoCrCuFeNiMnNb0.2高熵合金体系中的室温溶解度介于0.01~0.03（摩尔比）。