Ni单元素基合金表面激光高熵合金化的研究

发布时间：2017-07-07 07:13

  本文关键词：Ni单元素基合金表面激光高熵合金化的研究

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【摘要】：多主元高熵合金是5种及以上主元，且每种主元原子分数在5%-35%之间的新型合金。高熵合金具有许多优良的性能，高硬度，，良好的耐磨性，耐高温和抗氧化性能最为突出，尚未获得广泛的应用，仍处于研究阶段。 本试验采用激光表面高熵合金化法，在Ni201表面成功的制备FeCoCrAl/Ni及FeCoCrAlCuVx/Ni（x=0，0.2，0.5，0.8，1.0）系激光高熵合金化层。采用X-射线衍射仪（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、摩擦磨损试验机等对试样进行微观组织、成分结构、高温抗氧化性及摩擦磨损性能进行了分析与测试。 结果表明：FeCoCrAl/Ni及FeCoCrAlCuVx/Ni系激光高熵合金化层的相组成均为简单固溶体，其中FeCoCrAlCu/Ni及FeCoCrAlCuV0.2/Ni高熵合金的相组成为单一的FCC结构；FeCoCrAl/Ni及FeCoCrAlCuVx/Ni（x=0.5，0.8，1.0）系激光高熵合金化层的相组成均为FCC+BCC混合结构。随着V含量的增加，FeCoCrAlCuVx/Ni系激光高熵合金化层的晶格常数增大，晶格畸变增加。FeCoCrAl/Ni及FeCoCrAlCuVx/Ni系激光高熵合金化层主要由枝晶，柱状晶和等轴晶组成。FeCoCrAlCuVx/Ni激光高熵合金化层中出现了Al的成分偏析，Al主要富集于枝晶内，主元Co、Cr、V、Fe、Cu、Ni均匀分布于涂层中。FeCoCrAl/Ni最高硬度可达698HV，FeCoCrAlCuVx/Ni系激光高熵合金化层的硬度在335-668HV之间。随V含量的增加，硬度逐渐增加，其中FeCoCrAlCuV/Ni激光高熵合金化层的硬度达到最高，达到668HV，约为基材的6倍。 FeCoCrAl/Ni及FeCoCrAlCuV/Ni激光高熵合金化层在900℃条件下具有良好的高温抗氧化性。FeCoCrAl/Ni激光高熵合金化层的氧化物主要由Cr2O3及Al2O3组成，FeCoCrAlCuV/Ni激光高熵合金化层的氧化物主要由外氧化层的Cr2O3及Al2O3和内氧化层的CuO组成。基材及三种激光高熵合金化层耐磨性由低到高顺序：Ni201FeCoCrAlCu/NiFeCoCrAl/NiFeCoCrAlCuV/Ni。其中FeCoCrAlCuV/Ni激光高熵合金化层具有良好的耐磨性，约为基材Ni201的4.57倍。
【关键词】：激光高熵合金化 高熵合金 硬度 高温抗氧化性 摩擦磨损
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 金属表面改性常用的几种方法10-11
• 1.2 激光表面改性技术介绍11-14
• 1.2.1 激光加工概述11
• 1.2.2 激光表面改性技术的应用11-12
• 1.2.3 激光合金化的工艺12
• 1.2.4 激光合金化的应用12-13
• 1.2.5 激光合金化的国内外发展现状13-14
• 1.3 高熵合金的介绍14-16
• 1.3.1 高熵合金的定义14-15
• 1.3.2 高熵合金的制备方法15
• 1.3.3 高熵合金的组织结构15
• 1.3.4 高熵合金的微观特性及性能特点15-16
• 1.4 高熵合金的研究现状、发展前景及应用16-17
• 1.4.1 高熵合金的研究现状16
• 1.4.2 高熵合金的发展前景16-17
• 1.4.3 高熵合金的应用17
• 1.5 本课题的意义及目的17-19
• 第2章 多主元高熵合金的制备及研究方法19-24
• 2.1 实验材料19-20
• 2.1.1 基体材料19
• 2.1.2 激光高熵合金化层成分设计19-20
• 2.2 激光高熵合金化层的制备20-22
• 2.2.1 采用 Nd:YAG 固体脉冲激光器制备涂层20
• 2.2.2 采用半导体激光器制备涂层20
• 2.2.3 采用 CO_2激光器制备涂层20-22
• 2.3 激光高熵合金化层微观形貌分析22
• 2.4 激光高熵合金化层相结构分析22
• 2.5 激光高熵合金化层性能分析22-24
• 2.5.1 激光合金化层硬度性能分析22
• 2.5.2 激光高熵合金化层摩擦磨损性能分析22-23
• 2.5.3 激光高熵合金化层热分析23
• 2.5.4 激光高熵合金化层高温抗氧化性能分析23-24
• 第3章 实验结果与分析24-60
• 3.1 Nd:YAG 激光器制备高熵合金化层24-29
• 3.1.1 Nd:YAG 激光器制备高熵合金化层相结构24-25
• 3.1.2 Nd:YAG 激光器制备高熵合金化层微观组织形貌25-28
• 3.1.3 Nd:YAG 激光器制备高熵合金化层硬度分析28-29
• 3.2 半导体激光器制备高熵合金化层29-38
• 3.2.1 半导体激光器制备高熵合金化层工艺参数优化29-30
• 3.2.2 半导体激光器制备高熵合金化层相结构30-32
• 3.2.3 半导体激光器制备高熵合金化层微观组织形貌32-35
• 3.2.4 半导体激光器制备高熵合金化层熵值计算35-37
• 3.2.5 半导体激光器制备高熵合金化层硬度分析37-38
• 3.3 CO_2激光器制备高熵合金化层38-50
• 3.3.1 CO_2激光器制备高熵合金化层相结构39-40
• 3.3.2 CO_2激光器制备高熵合金化层微观组织形貌40-43
• 3.3.3 CO_2激光器制备高熵合金化层成分分析43-45
• 3.3.4 CO_2激光器制备高熵合金化层热力学分析45-48
• 3.3.5 CO_2激光器制备高熵合金化层硬度分析48-50
• 3.4 三种激光器制备高熵合金化层对比分析50
• 3.5 激光高熵合金化层差热分析50-51
• 3.6 激光高熵合金化层高温抗氧化性能分析51-57
• 3.6.1 激光高熵合金化层氧化产物相分析51-53
• 3.6.2 激光高熵合金化层氧化产物表面形貌分析53-54
• 3.6.3 激光高熵合金化层氧化层截面形貌及成分分析54-57
• 3.7 激光高熵合金化层摩擦磨损性能分析57-60
• 3.7.1 激光高熵合金化层磨损形貌分析57-58
• 3.7.2 激光高熵合金化层耐磨性分析58-60
• 第4章 结论60-61
• 参考文献61-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：529243