【優(yōu)秀文章分享】高速激光熔覆 FeCoCrNiMo 高熵合金涂層微觀組織演變及耐腐蝕性能研究

前言

近年來，激光熔覆技術(shù)因其致密微觀組織、與基材冶金粘接等優(yōu)勢(shì)受到關(guān)注，但傳統(tǒng)激光熔覆技術(shù)存在效率低、稀釋率高等問題。高速激光熔覆技術(shù)有效解決了這些問題，最大熔覆線速度可達(dá)200m/min，有望取代傳統(tǒng)電鍍技術(shù)。

本文研究了采用高速激光熔覆技術(shù)制備FeCoCrNiMo高熵合金涂層的微觀組織、成形工藝及耐腐蝕性能。研究表明，該涂層主要由富集Fe、Co與Ni的面心立方（FCC）基體相及其周圍富集Mo與Cr的體心立方（BCC）沉淀相組成。通過316L不銹鋼打底結(jié)合降低線速度的工藝方法，有效解決了涂層開裂問題，同時(shí)保持了涂層較高硬度水平。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)采用自主研發(fā)的高速激光熔覆設(shè)備，在45鋼圓棒基材上進(jìn)行熔覆涂層實(shí)驗(yàn)。使用15-53μm區(qū)間段氣霧化FeCoCrNiMo高熵合金球形粉末作為原材料，高純氬氣保護(hù)熔覆過程。基材經(jīng)拋光去除鐵銹與氧化層后，制備了無裂紋的316L不銹鋼打底層與304不銹鋼涂層作為對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

涂層微觀組織與相結(jié)構(gòu)分析

XRD分析顯示FeCoCrNiMo高熵合金為雙相結(jié)構(gòu)，主要相包括主導(dǎo)的FCC相和次要的BCC相。涂層相比粉末的XRD衍射峰數(shù)量減少，部分衍射峰強(qiáng)度增加，與高速激光熔覆涂層微觀組織的擇優(yōu)生長(zhǎng)取向相關(guān)。STEM分析表明，涂層主要由無序的FCC和BCC雙相結(jié)構(gòu)組成，F(xiàn)CC基體相富集Fe、Co與Ni，BCC沉淀相富集Mo與Cr。

涂層無裂紋成形工藝分析

未使用316L不銹鋼打底層時(shí)，涂層表面出現(xiàn)大量裂紋。增加316L不銹鋼打底層后，涂層表面實(shí)現(xiàn)無裂紋成形。研究發(fā)現(xiàn)，未打底的涂層裂紋主要以網(wǎng)狀或條狀形式分布，而使用316L打底后涂層無裂紋。進(jìn)一步研究不同激光功率與線速度的涂層成形工藝發(fā)現(xiàn)，在P=1.5kW與u=5m/min的工藝下，涂層表面網(wǎng)狀裂紋改善，裂紋數(shù)量減少。未使用316L打底層的涂層裂紋屬于典型冷裂紋，主要?dú)w因于45鋼基材熱影響區(qū)的馬氏體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致基材體積與硬度增大，增加了涂層的拉應(yīng)力。

涂層耐腐蝕性能分析

FeCoCrNiMo高熵合金涂層與304不銹鋼涂層相比，自腐蝕電位高0.13V，腐蝕電流密度僅為1/6，膜電阻是其235倍，表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐腐蝕性能。這是由于涂層表面形成Fe、Cr、Ni、Mo的金屬混合氧化物，抵抗Cl?侵蝕。此外，涂層頂部均勻且細(xì)小的FCC/BCC片層狀共晶組織使其僅發(fā)生極小區(qū)域的均勻點(diǎn)腐蝕，進(jìn)一步增強(qiáng)了耐腐蝕性能。

結(jié)論

高速激光熔覆FeCoCrNiMo高熵合金涂層主要由富集Fe、Co與Ni的FCC基體相周圍析出富Mo與Cr的BCC沉淀相組成。

在45鋼基材上直接單層成形FeCoCrNiMo高熵合金涂層，隨著熔覆線速度的降低，裂紋數(shù)量逐漸減少，發(fā)生從網(wǎng)狀裂紋至條狀裂紋的轉(zhuǎn)變。利用316L不銹鋼材料作為打底層，同時(shí)降低熔覆線速度，有效解決了高熵合金涂層開裂問題。較低線速度制備的無裂紋高熵合金涂層，基本微觀組織特征、相結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分幾乎不發(fā)生改變，僅由于涂層內(nèi)部的軟相FCC相占比增加15%，導(dǎo)致維氏硬度有一定程度的降低，但仍保持較高硬度水平。

單層無裂紋FeCoCrNiMo高熵合金涂層與304不銹鋼涂層相比，自腐蝕電位高0.13V，腐蝕電流密度僅為1/6，膜電阻是304不銹鋼涂層的235倍，展現(xiàn)出更強(qiáng)的耐腐蝕性能。涂層基體相FCC相較BCC相更易遭受腐蝕，但涂層頂部均勻且細(xì)小的FCC/BCC片層狀共晶組織使其僅發(fā)生極小區(qū)域的均勻點(diǎn)腐蝕，表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐腐蝕性能。

參考文獻(xiàn)：

【高速激光熔覆 FeCoCrNiMo 高熵合金

涂層微觀組織演變及耐腐蝕性能研究】

肖浩，黃劍，汪鵬，許培鑫，徐一斐，張東月，杜博睿

鋮豐材料產(chǎn)品簡(jiǎn)介

球形高熵合金粉末-FeCoCrNiMn