表面机械处理制备AlCoCrNiFe高熵合金涂层及性能研究

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表面机械处理法制备涂层是一种新兴的表面处理方法,它通过磨球对基体表面连续的撞击,可以在基体表面形成一定厚度的涂层,球磨法是其中应用较广泛的一种方法。本文采用球磨法在304不锈钢基体表面制备AlCoCrNiFe高熵合金(HEA)涂层,以提高其性能。采用XRD、SEM、EDS等检测方法对涂层的物相、显微组织、成分分布进行了分析,探究不同的球磨时间和球磨转速对涂层组织结构的影响,并分析涂层的形成机理。采用显微硬度、摩擦磨损实验对涂层的力学性能进行分析测量。采用电化学腐蚀工作站对涂层的耐腐蚀性能进行检测并分析涂层的腐蚀机理。  研究结果表明,制备AlCoCrNiFe高熵合金涂层时,球磨时间和球磨转速对涂层粗糙度、厚度与致密度有显著影响。相同转速下,涂层的粗糙度与厚度均随球磨时间的增加呈先上升后下降的变化趋势。而不同球磨转速下涂层粗糙度与厚度随球磨转速的提高而增加。延长球磨时间和适中的球磨转速有利于提高涂层致密度。随着球磨时间的增加,涂层形成经历了镶嵌、形成连续涂层、元素扩散形成致密涂层、过度加工硬化涂层脱落四个阶段。  在不同球磨参数下制备的AlCoCrNiFe高熵合金涂层的显微硬度较304不锈钢基体都有了显著提高,且在球磨转速为400r/min球磨9h得到的涂层硬度最高,为759.17HV,约为基体的3倍。涂层横截面的显微硬度值呈梯度分布,距离涂层表面越近的部位,其显微硬度值越大。不同球磨时间制备涂层的摩擦系数随涂层表面粗糙度的增加而增大。400r/min转速下制备涂层的耐磨性最好。  通过对不同球磨参数的合金涂层进行极化曲线分析,在球磨转速为400r/min条件下,合金涂层的腐蚀电流密度与涂层的粗糙度呈正相关,球磨9h得到的涂层的耐腐蚀性能最佳,且优于304不锈钢。对400r/min球磨9h的涂层进行长时间浸泡,分时段进行极化曲线与交流阻抗谱分析,分析涂层腐蚀机理。AlCoCrNiFe高熵合金涂层的腐蚀速率由于表面氧化膜溶解变薄先变快,然后随着浸泡时间的增加钝化膜的形成和腐蚀产物的产生,阻碍了合金涂层进一步腐蚀,腐蚀速率逐渐降低。
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