热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层组织与性能的影响

张连旺，牛伟,2，孙荣禄,2，左润燕，谷米，马世忠

热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层组织与性能的影响

张连旺1，牛伟1,2，孙荣禄1,2，左润燕1，谷米1，马世忠1

（1.天津工业大学 机械工程学院，天津 300387；2.天津市现代机电装备技术重点实验室，天津 300387）

目的 探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响，为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法 采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi2.0高熵合金，利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温度（热处理温度分别为600、800、1 000 ℃）的热处理，30 min分别升温至600、800、1 000 ℃，保温30 min，后随炉冷却至室温。采用显微硬度仪、真空摩擦磨损试验机、Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等设备对涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、显微组织、物相组成进行分析研究。结果 未经热处理原始试样高熵合金涂层物相组成主要为BCC相，同时夹杂少量的(Fe,Mn)2SiO4相，经过不同温度的热处理后，(Fe,Mn)2SiO4逐渐分解，1 000 ℃热处理后完全消失；Cr2Si、Ni4Si相析出且在一定温度范围内随热处理温度上升含量逐渐增加，BCC相衍射峰高度随着热处理温度的增加先升高后降低。结论 热处理温度不同会影响涂层综合性能的改变，热处理温度为800 ℃时合金的综合性能优于原始试样涂层，内部组织较为均匀，Cr2Si、Ni4Si等析出相含量最多且均匀分布在晶界处，涂层显微硬度最高达1 347.4HV0.3，摩擦因数基本稳定在0.19。当热处理温度达到1 000 ℃时，CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层呈单一的BCC相，这势必会对涂层性能产生一定影响。

热处理；激光熔覆；Si；高熵合金；显微组织；显微硬度；耐磨损性能

高熵合金可以定义为由5种或5种以上元素组成，且每种元素含量在5%～35%之间的多主元合金。它打破了以1种或2种元素为主的传统合金的设计思路，极大的开拓了合金的研究领域[1-4]。相比于传统合金，高熵合金有四大特性：高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应、“鸡尾酒”效应，正是由于这些特性，使得高熵合金具有高强度、高硬度、良好的耐磨、耐蚀、热稳定性等优异特性，并且在力学性能[5]、抗氧化性能[6-7]及磁学性能[8]等方面均表现良好，使得高熵合金具有广阔的应用前景以及极高的研究价值。

激光熔覆[9]技术制备原理为采用高能激光束辐照金属表面，金属粉末和基材在高能密度的激光下同时熔化，激光移开后熔池快速冷却形成具有高硬度、高耐磨性及强抗腐蚀性的涂层，使熔覆材料与基体表面形成牢固的冶金结合[10]。经过这种技术加工后的涂层可以极大改善材料的性能，高能量、高密度的激光束使得熔覆材料快速熔化快速冷凝，形成细小的晶粒且抑制偏析现象产生，形成高性能的涂层。

目前高熵合金的研究的焦点主要集中在以加入不同的合金元素制备不同的材料体系的方式来提高涂层的综合力学性能，高熵合金体系众多，CoCrFeNi体系是目前研究较为广泛的材料体系，在各方面表现出优异的综合力学性能，Fe、Co、Cr、Ni等元素间具有较低的混合焓，且每种元素均具有单一的体心或面心立方结构，使得这些元素制备的合金更容易形成体心立方或面心立方固溶体[11-13]。Si元素有较小的原子半径及较强的非金属性，与其他元素混合时溶解度较低，在合金凝固过程中容易被排斥到界面前的溶液中，随着晶粒的长大Si在液固前沿溶质浓度增高，抑制枝晶生长而生成等轴晶。另外，Si元素可以抑制枝晶的长大，因而细化枝晶，这种组织为涂层良好的机械性能提供了保证[14]；同时，Si元素常作为脱氧剂和造渣剂，通常具有自我脱氧和造渣功能，形成良好的熔覆层内部组织，降低气孔率。但在激光制备涂层过程中，激光的快冷快热的特点使得合金中的元素来不及扩散就已经凝固，产生较为严重的偏析现象进而影响合金性能，传统合金材料通过热处理的方法来解决上述问题，使合金的各方面性能有很大提升，因此通过热处理工艺来改变合金的组织性能成为研究研究者们主要研究的内容。薛彦均等[15]研究了不同热处理温度对FeMoCrVTiSi高熵合金组织及力学性能的影响，发现加入Si元素后提高了FeMoCrVTi高熵合金的热稳定性，热处理后的高熵合金枝晶组织仍以BCC固溶相为主，在枝晶边缘出现黑色的细小富Ti相，热处理温度升高后，细小富Ti相含量显著增加，涂层经过1 100 ℃热处理后，富Ti相消失。析出的富Ti相弥散分布在组织内部，提高合金的硬度。经过800 ℃热处理后试样的硬度达到最大值，FeMoCrVTi试样的硬度达到932HV0.2，FeMoCrVTiSi0.3的硬度达到998HV0.2。北京科技大学Zhou等[9]研究了高温退火工艺对难溶高熵合金TiZrNbWMo 涂层的影响，涂层分别在800、1 000、1 200 ℃热处理20 h，热处理后涂层的物相组成没有明显变化，说明涂层具有较高的热稳定性,硬度显著增加，经过800 ℃退火，涂层硬度增加为原始试样的1.8倍。以上试验均仅研究了涂层的某一部分性能，没有对热处理温度对涂层的其他实际应用性能（如耐磨性）进行研究。因此，本文将热处理温度作为控制变量，研究热处理温度（600、800、1 000 ℃）对涂层的显微组织、显微硬度、物相组成、及摩擦磨损性能等方面进行研究。

本课题组前期研究成果表明：适量的Si加入CoCrFeNi高熵合金材料体系中可以使涂层的硬度、摩擦磨损及高温稳定性等方面表现良好，在工业实际应用中，可以通过热处理的方法调整涂层的组织及性能，通过对涂层进行热处理可以消除成分偏析和内应力等缺陷，而目前对于高熵合金进行热处理的研究并不多。本文采用激光熔覆技术制备CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层，采用管式电阻炉对涂层分别进行不同温度的热处理研究热处理工艺对CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层的影响，进而确定本高熵合金涂层的最佳热处理温度，为研究提高高熵合金性能的制备工艺提供参考。

1 试验

1.1 材料

基材选用45#钢，采用电火花线切割机制备尺寸为50 mm×50 mm×7 mm及25 mm×50 mm×7 mm的45#钢用作多道及单道基材，基材待熔覆表面经砂轮磨削加工，采用240、400、600、800、1000号砂纸打磨去除氧化皮，经无水乙醇和丙酮清洗表面清除表面污垢，待表面自然风干后放置在干燥培养皿中待用。

熔覆材料使用Si粉（纯度≥99.99%，200目）以及Co、Cr、Fe、Ni等原子百分比混合而成的高熵合金粉（纯度≥99.9 %，45～105 µm），其粉末形态如图1所示。采用JA 2003电子精密天平（精度为±0.1 mg）称量所用熔覆粉末，相关参数如表1所示。

图1 （a）CoCrFeNi混合粉末；（b）Si粉末

表1 CoCrFeNiSi2.0高熵合金的元素成分

采用行星球磨机研磨高熵合金粉末，研磨材料为玛瑙球，球料比3∶1，转速为300 r/min，混合2 h后将混合均匀的粉末取出，球磨后的粉末形态如图2所示，利用干燥箱烘干，放入密封袋中待用。

图2 机械混合粉末

1.2 方法及性能测试

采用RFL-C1000型光纤激光器进行高熵合金涂层单道及多道试样加工，采用预置粉末加工方式且粉末预置厚度为1 mm，多道与单道激光熔覆试样采用相同的工艺参数，且多道熔覆层试样搭接率为50%，激光加工单道激光熔覆工艺参数如表2所示。

表2 单道激光熔覆工艺参数

利用电火花线切割机切制单道及多道熔覆层试样，原始试样及不同温度热处理试样尺寸均为10 mm×10 mm×7 mm（多道）及10 mm×5 mm×7 mm（单道），3组高熵合金试样经超声波清洗机清洗处理后放入SXLS-1200 管式电阻炉进行不同温度的（600、800、1 000 ℃）的热处理。如图3所示，升温时间为30 min，保温时间为30 min，冷却方式为随炉冷却，冷却至室温后将试样从电阻炉中取出，经打磨抛光以备后续试验使用。

图3 热处理工艺曲线

采用M-2000型真空摩擦磨损试验机（并未开通真空设备）对多道涂层（尺寸为10 mm×10 mm×7 mm）进行摩擦损试验，试验工艺参数为：加压载荷= 95 N，磨轮直径=40 mm，磨轮轴向长度为10 mm，磨损时间=20 min。采用JA 2003电子精密天平（精度为±0.1 mg）进行磨损失重的称量计算，热处理前，将试样放入装有无水乙醇的超声波清洗机对试样进行清洗处理，后进行热处理，之后称量，磨损试验后再次进行清洗处理，再次称量，计算前后称量差值，获得磨损失重数据。采用HV-1000Z自动转塔显微硬度计进行硬度测试，压力1=0.3 kg，加压时间=10 s，对同一样品测试多次。X射线衍射（XRD）物相分析试验采用D8型X射线衍射仪对被测试样进行物相分析。

选择饱和氯化铁盐酸腐蚀剂对待测样品表面进行腐蚀，腐蚀时间为10 s，用水冲掉表面多余腐蚀液，用酒精擦拭表面，待表面自然风干后采用扫描电镜（SEM）进行显微组织分析。最后采用能谱仪（EDS）进行所含化学元素分布分析，研究热处理温度对CoCrFeNiSi2.0显微组织及材料综合性能的影响。

2 结果与分析

2.1 CoCrFeNiSi2.0高熵合金物相分析

图4为激光熔覆CoCrFeNisi2.0高熵合金热处理试样及原始试样的X射线衍射（XRD）图谱，结合表3能谱图（EDS）可以看出原始试样涂层物相组成主要为体心立方结构（BCC），同时夹杂着少量的(Fe,Mn)2SiO4、Cr2Si、Ni4Si相。由于高熵合金混合熵较高，一方面，在高温条件下，较高的混合熵使得合金体系的Gibbs自由能降低进而产生多组元互溶现象生成简单固溶体相。另一方面，高的混合熵可能减小电负性差，促使合金元素混合均匀，抑制金属间化合物的生成，从而生成简单的BCC相[11,16]。根据以往的研究，BCC相具有较高的强度及较差的塑性[17]，这势必会对涂层性能产生影响。

图4 CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层XRD图

表3 涂层测试点的EDS分析

原始试样分别经过600、800、1 000 ℃热处理后，(Fe,Mn)2SiO4相衍射峰逐渐减弱直至消失。这是因为(Fe,Mn)2SiO4为硅酸盐，熔点低，受热易分解。体心立方固溶体相（BCC）的（110）和（211）的晶面衍射峰的强度先增加后逐渐降低，（110）晶面衍射峰角度先向大角度偏移后向小角度偏移，晶格常数先减小后增大。衍射强度的高低直接反映了合金中晶粒结晶的完整度，这表明随着热处理温度的升高，高熵合金的结晶性先变好后变差，这是由于CoCrFeNiSi2.0中Si的原子半径较小，在合金中含量过多，并以固溶体的形式存在，过量的Si固溶到晶格中，发生晶格扭曲，产生漫反射效应，并使合金的畸变能提高，经过热处理后，晶间应力释放，合金元素均匀分布于涂层中，从而引起峰位改变。与化合物相比，整个体系的自由能降低[18]。

经过600 ℃热处理后，分子运动得更加剧烈和充分，合金元素均匀分布于基体中，减少元素偏析，晶间应力释放，晶格畸变程度降低使得衍射峰强度增加，同时在枝晶间区域生成了新的颗粒状Ni4Si及Cr2Si相，也就是说，温度是影响本合金相变过程的主要因素。当热处理温度达到800 ℃时，BCC相的衍射强度降低，但Cr2Si及Ni4Si相的衍射强度增加，表明试样在此温度下发生了固溶体结构的相变，温度的增加促使涂层中Cr2Si及Ni4Si相析出量增加。而经过不同温度（600、800、1 000 ℃）的热处理后，涂层的主要物相组成并没有发生明显的改变，仍保持原始试样的物相状态。这表明激光熔覆制备高熵合金所形成的BCC相固溶体具有很好的高温稳定性，在较高的温度下不会进行相的分离与转变，这与高熵合金组织上的高稳定性相一致。

2.2 熔覆层组织形貌分析

图5为激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金热处理前后多道熔覆层微观组织扫描电镜（SEM）形貌图。从图中可以看出，热处理温度分别升高至600、800、1 000 ℃，合金的扩散系数增大，应变能释放促进组织剧烈扩散，合金热处理前后均为枝晶组织，但组织形貌发生了明显变化。

图5a为原始试样的显微组织形貌图，枝晶排列杂乱无序，由于晶界中Si的偏析，对枝晶的长大有了一定的阻碍作用，抑制了树枝晶的生成，所以原始涂层组织晶体结构主要以细小的枝晶状结构为主。

图5b为原始试样在600 ℃热处理后的枝晶形貌图像，从图中可以看出，热处理后试样相较于原始试样枝形貌有较大改变，热处理后的部分枝晶相较于原始形貌粗大且排列趋于有序化，占据了部分枝晶间区域。这是由于涂层经过600 ℃热处理后，原子扩散变得剧烈，合金的微观组织发生了明显的变化。但涂层各个部位组织形貌略有不同。图5c是图5b的局部区域放大图，从图5c中可知，经过600 ℃热处理后，在晶界区域开始析出深黑色及灰色第二相，弥散分布在枝晶间，通过对其进行能谱（EDS）分析测试得到数据如表3所示，通过对能谱分析测试试验结果及X射线衍射试验结果分析可知析出第二相为Cr2Si、Ni4Si相，第二相尺寸较为细小且均匀分布在晶界处，产生钉扎效应，配合高熵合金较为严重的晶格畸变，其势必会对涂层的性能产生一定的影响[19]。

从图5d中可以看出，当合金经过800 ℃热处理后，合金枝晶结构变得较为简单，枝晶形貌更为明显，枝晶直径相较于600 ℃热处理更为细小，二次晶轴间距减小，枝晶间的比例有所上升，且Cr2Si、Ni4Si析出相数量进一步增加，图5e为图5d的放大图，如图5e所示，这与XRD图中数据显示结果相符合。

图5 CoCrFeNiSi2.0高熵合金熔覆层显微组织形貌图

图5f为高熵合金经过1 000 ℃热处理后的显微组织形貌，从图中可以看出，随着温度的进一步升高，促使分子运动更为剧烈，进而使得部分枝晶组织变得更为粗大，枝晶间区域进一步减小，枝晶间析出的第二相消失，涂层呈单一的BCC相。

2.3 显微硬度

图6为原始试件及经过600、800、1 000 ℃等不同温度下的热处理涂层由表及里的显微硬度分布曲线，由图可知，涂层的显微硬度曲线可以分为三部分：熔覆层区、结合区、基体热影响区。

图6 CoCrFeNiSi2.0高熵合金熔覆层硬度分布图

经过600 ℃及1 000 ℃热处理后涂层相比于原始试样硬度显著降低，热处理温度为600 ℃涂层显微硬度波动范围较原始试件有了一定减小，硬度值基本分布在620～830HV0.3，低于未经热处理的合金硬度，这是由于原始试样原子半径差异较大，晶格畸变严重，处于热力学上的亚稳态，经过热处理后，原子扩散加剧，晶格中产生的缺陷减少，固溶原子的析出导致晶格畸变能降低，固溶强化效果减弱，对位错的阻碍作用降低[20]；经过600 ℃热处理的试样处理温度较低且时间较短，BCC固溶体中脱溶析出大量的Si、Cr、Ni等溶质原子形成少量的Cr2Si、Ni4Si等增强相，明显降低Si、Cr、Ni等溶质原子的固溶强化效果，使得600 ℃热处理后涂层硬度值低于原始试样。800、1 000 ℃热处理后涂层硬度分别为1 090～ 1 350、700～750HV0.3，根据硬度数据显示：经过800 ℃热处理且距离涂层顶部0.3 mm硬度达到最高1 347.4HV0.3，约为基体硬度的5倍，其原因可归结为析出的Cr2Si及Ni4Si相增多且弥散分布在基体中，阻碍位错运动并起到弥散强化作用，这使得合金硬度大大提高。合金经过1 000 ℃热处理后，随着温度继续升高，固溶强化现象进一步减弱，晶粒粗大，Cr2Si及Ni4Si相消失，从而导致合金硬度相比于原始试件有了显著下降，对于热处理后涂层硬度降低现象，东南大学Zhang等[21]对FeCoNiCrAl2Si 高熵合金涂层在 600～1 000 ℃热处理后的显微组织和力学性能等方面进行了研究，同样发现涂层在1 000 ℃热处理5 h后硬度显著降低。

2.4 摩擦磨损性能

2.4.1 熔覆层摩擦因数分析

图7为CoCrFeNiSi2.0高熵合金原始试样、45#钢及经过600、800、1 000 ℃等不同温度热处理后的涂层摩擦因数图。由图可知原始试样、45#钢及经过不同温度热处理的试样涂层摩擦因数均从0开始增大，除600 ℃热处理涂层摩擦因数保持稳定增长外，其余均增大至某一固定值后稳定在此值附近，其原因可归纳为磨轮与试样之间为线接触，经过一定时间磨损后，二者接触转变为面接触，终值稳定在一个固定值附近。

图7 45#钢及CoCrFeNiSi2.0高熵合金的摩擦因数

合金经过800、1 000 ℃热处理后，涂层的摩擦因数有了明显的降低且更加稳定，分别稳定在0.18～ 0.20及0.20～0.22之间。相比于原始试样，合金涂层及45#钢的摩擦因数均有明显降低，表明在一定条件下，合金经过热处理，可明显改善其耐磨性。

经过600 ℃热处理后，合金的摩擦因数一直保持增长状态，这可能是与经过600 ℃热处理后的合金的硬度下降及合金内部显微组织改变有关。当热处理温度达到800 ℃时合金摩擦因数基本稳定在固定值0.18附近，其原因可归结为经过热处理后析出的第二相增多且弥散分布在基体中，阻碍位错运动并起到弥散强化作用，这使得合金硬度大大提高。其中，经过600 ℃热处理涂层与经1 000 ℃热处理涂层可以发现明显的犁沟，这可能是由于原始试样及经过600 ℃热处理涂层摩擦因数较大，耐磨性较差，表面形貌与摩擦因数一致。当热处理温度升高到800 ℃时划痕数量明显减少，宽度变细且不连续，表明经过此温度热处理涂层的耐磨性增加，经过此温度热处理涂层硬度达到最高，这也证明在一定范围内，涂层的硬度与耐磨性成正比。随着热处理温度继续升高至1 000 ℃，划痕深度继续加深且宽度相比于800 ℃时宽度增加且连续性有了一定的提升，表明此温度热处理条件下涂层的磨损量增加，耐磨性变差，其原因可能与合金内部组织结构相关，经过1 000 ℃热处理后，内部组织相较于800 ℃有了明显的变化，树枝晶变得更为粗大，材料内部的相由BCC、(Fe,Mn)2SiO4、Cr2Si、Ni4Si相变为单一的BCC相。此温度下热处理的涂层的耐磨性较差。

2.4.2 熔覆层磨损形貌及磨损量分析

图8分别为45#钢、CoCrFeNiSi2.0高熵合金原始试样及经过600、800、1 000 ℃等不同温度热处理后合金在同等测试条件下的磨损表面形貌，图9为其对应三维形貌。观察未处理原始试样图8b表面形貌，在磨损处有少量不规则犁沟，磨痕表面存在少量凹陷结构，表明发生了轻微的磨粒磨损，磨损深度较深，最大深度为130.054 μm。

当试样经过600 ℃热处理后如图8c所示，试样磨损表面产生了大量的较深平行犁沟和严重塑性变形的碾压薄片，且犁沟平行于磨轮滑行方向，呈典型的磨粒磨损和黏着磨损特征。这是由于熔覆层表面受法向力和切向力的作用，GCr15表面微凸体与硬度较低的熔覆层接触点产生明显的塑性变形，形成冷焊黏结，当黏结区域之间的结合强度大于剪切强度时会造成涂层磨损面的开裂、撕脱，进而呈现黏着磨损[22]；同时，在摩擦过程中硬质颗粒或者硬质相从材料表面脱落，磨粒在载荷作用下对材料表面进行了微观切削，磨粒磨损现象较为严重。当热处理温度达到800 ℃时磨损表面如图8d所示，磨损表面平整光滑，并未发现明显的犁沟，此温度热处理后涂层的硬度的平均值也达到最高，符合Achard理论[23-24]，在一定条件下，涂层的耐磨性能和硬度呈正比，此时磨损深度也达到最浅为88.476 μm。当热处理温度达到1 000 ℃时磨损表面如图8e所示，犁沟深度较深且不规则，磨痕表面存在大量的凹陷结构并出现了严重的塑性变形，并在GCr15摩擦副表面发现少量片状磨屑，同时GCr15摩擦副表面黑色磨屑黏附在磨损表面，其磨损机制同样为磨粒磨损和黏着磨损。相比于图8a中45#钢以较为严重的磨粒磨损及黏着磨损并存的磨损形式的磨损形貌，加置涂层原始试样及经过不同温度热处理后的涂层试样磨损情况有了不同程度的改善，这对高熵合金涂层的生产制备提供重要的选择依据。

图10为原始试样及经过不同温度热处理后涂层的磨损量，可知原始试样及经过不同温度热处理后CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层的磨损量分别为17.4、14.6、13.2、9.9、10.8 mg。可以发现45#钢的磨损量最大，未经热处理原始试样涂层的磨损量次之，当试样分别经过600、800、1 000 ℃热处理后磨损量随温度上升先减小后增大，经过800 ℃热处理后的试样磨损量最小，为原始试样的67.80%，根据耐磨性原理可知，在相同条件下，涂层的磨损量越小，其耐磨性越好。这是因为合金试样经过800 ℃热处理后，析出的第二相使得合金硬度大大提高，涂层的硬度显著增加，在一定条件下，涂层的硬度与其耐磨性成正比，试验结果同时也验证了通过在高熵合金中添加非金属元素Si与其他元素形成硬质相弥散于基质中，起到弥散强化作用的理论。同时，本试验结果也与Cheng等人研究结果[25]一致。因而，相比于原始试样及经过600 ℃及1 000 ℃热处理后的涂层磨损量最小，涂层耐磨性能最好。

图8 45#钢及经过不同温度热处理后的磨损表面形貌

Fig.8 Morphology of 45# steel and wear surface after heat treatment at different temperatures

图9 45#钢及经过不同温度热处理后的三维磨损表面形貌

图10 45#钢及CoCrFeNiSi2.0高熵合金不同参数熔覆层的磨损量

3 结论

1）经过高温热处理的CoCrFeNiSi2.0高熵合金展现出优良的综合性能，经过800 ℃热处理的涂层显微硬度明显提升，最高值达到1 347.4HV0.3，摩擦因数明显降低至0.19，合金的硬度及耐磨性都得到了极大改善。

2）热处理温度对涂层的相结构有较大的影响，经600 ℃热处理涂层相较于未进行热处理时涂层内部组织枝晶变得更为粗大，促使其组织性能变差；经过800 ℃热处理后生成的Cr2Si、Ni4Si等新相进一步增加，使得涂层性能增加；经过1 000 ℃热处理后Cr2Si、Ni4Si等析出增强相消失，涂层呈单一的体心立方结构（BCC）相。

3）温度是影响本合金相变过程的主要因素。

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Effect of Heat Treatment on Microstructure and Properties of Laser Cladding CoCrFeNiSi2.0High Entropy Alloy Coating

1,1,2,1,2,1,1,1

(1. School of Mechanical Engineering, Tiangong University, Tianjin 300387, China; 2. Tianjin Key Laboratory of Advanced Mechatronics Equipment Technology, Tianjin 300387, China)

It is a relatively novel way to improve the properties of coating by Laser cladding on 45#steel by heat treatment,the properties of the coating were improved by the transformation of microstructure phase composition of the sample after heat treatment at a certain temperature,such as wear resistance microhardness and other properties. Different samples were heated to different temperatures with the same heating method, and kept at different temperatures for the same time, then cooled to room temperature with the furnace. In this process, the degree of coating phase transformation is also different due to the different heating temperature,which just reflects that the improvement degree of coating performance is also different. The wear resistance and microhardness of the coating before and after heat treatment were studied in this article.

The 45#steel with dimensions of 50 mm× 50 mm× 7 mm and 25 mm×50 mm×7 mm is prepared by wire cutting as multi-channel and single channel substrate. The surface of the substrate to be coated is grinded by grinding wheel, polished with sandpaper to remove oxide scale, and cleaned with absolute ethanol and acetone to remove surface dirt. CoCrFeNiSi2.0high entropy alloy coating was prepared by RFL-C1000 laser machine.The high-temperature furnace is heated to different temperatures (600 ℃, 800 ℃ and 1 000 ℃) for 30 minutes, which shall be kept at different temperatures for 30 minutes, and then cooled to room temperature with the furnace. Cut the sample with wire cutting and polish the cross section, and corrode it with Saturated ferric chloride hydrochloric acid etchant. Then, observe the microstructure of the cladding layer by scanning electron microscope (ZEISS Sigma300). The component is analyzed by the EDS spectrum of each selected point taken by an energy spectrometer (ZEISS Sigma300). Analyze the phase composition of the coating by an X-ray diffractometer (Bruker D8) and test the microhardness of the cladding layer by microhardness tester (HV-1000Z).The friction test is performed on a high speed rotating grinding wheel and wear tester (M-2000), Calculate the wear weight and observe the surface morphology after wear.

The high entropy alloy coating of the original sample without heat treatment is mainly composed of BCC phase and a small amount of (Fe,Mn)2SiO4phase. With the increase of annealing temperature, (Fe,Mn)2SiO4gradually decomposes, Cr2Si, Ni4Si phases are precipitated and the content gradually increases with the temperature rise within a certain temperature range. The height of the diffraction peak of BCC phase increases first and then decreases with the increase of heat treatment temperature. Different heat treatment temperatures will affect the change of overall performance of the coating. The increase of Cr2Si, Ni4Si phase content is the main reason for the performance improvement of coating. When the heat treatment temperature is at 800 ℃, the overall performance of the alloy is better than that of the original sample coating. As a result, The microhardness of the coating is up to 1 347.4HV0.3, and the friction coefficient is basically stable at 0.19. The high entropy alloy coating is annealed at 1 000 ℃, the internal phase composition of high entropy alloy coating is a single BCC phase, which is bound to have a certain impact on the performance of the coating.

heat treatment; laser cladding; Si; high-entropy alloy; macromorphology; microhardness; wear resistance

TG174.4

A

1001-3660(2022)12-0340-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.035

2021–10–21；

2021–12–31

2021-10-21；

2021-12-31

国家自然科学基金项目（51371125）

National Natural Science Foundation of China（51371125）

张连旺（1995—），男，硕士研究生，主要研究方向为金属材料表面强化和激光材料加工。

ZHANG Lian-wang (1995-), Male, Master, Research focus: surface strengthening of metal materials and processing of laser materials.

牛伟（1981—），女，博士，实验师，主要研究方向为金属材料表面强化和激光材料加工。

NIU Wei (1981-), Female, Doctor, Experimentalist, Research focus: surface strengthening of metal materials and processing of laser materials.

张连旺, 牛伟, 孙荣禄, 等. 热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层组织与性能的影响[J]. 表面技术, 2022, 51(12): 340-349.

ZHANG Lian-wang, NIU Wei, SUN Rong-lu, et al. Effect of Heat Treatment on Microstructure and Properties of Laser Cladding CoCrFeNiSi2.0High Entropy Alloy Coating[J]. Surface Technology, 2022, 51(12): 340-349.