激光熔覆AlCrFeNiMo0.5Ti0.5高熵合金涂层的微观组织及性能研究

刘昊 高强 李晓佳 李瑛英 徐前盛 王瑞彤

摘要：本文采用激光熔覆技术在40CrNiMoA合金钢上制备了AlCrFeNiMo0.5Ti0.5 HEA涂层，并研究了涂层的微观结构和性能。涂层的微观结构主要由BCC1+BCC2相固溶体和富Ti的析出相组成。Ti的引入引起BCC1和BCC2两相衍射峰分离。涂层的显微硬度高达496.71HV0.3，是基体的1.9倍。涂层硬度的提升主要归因于固溶强化、第二相强化、边界强化。Mo、Ti元素的引入显著提升了涂层的耐蚀性。涂层的腐蚀速率（3.65×10-2mm/a）远低于基体（0.10mm/a）。

关键词：激光熔覆 高熵合金 微觀结构 耐蚀性

最近，由5种或5种以上元素以等原子比或近等原子比组成的高熵合金（HEAs）已经成为金属材料界新的研究热点[1]。HEAs由简单的FCC晶格或BCC晶格的固溶体构成，其中所有组元充当溶剂。此外，HEAs具有独特的高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应、鸡尾酒效应[2]。由于这4种效应的作用，HEAs拥有许多独特的特性，如新颖的微观结构和优异的性能[3]。

在众多关于HEAs的报道中，AlCoCrFeNi合金体系具有优异的力学性能[4]。通过改变AlCoCrFeNi体系中的组元可以进一步优化HEA的性能。例如，从AlCoCrFeNi HEA中去除Co被证实可以提升强度和压缩延伸率[5]。通过向合金中添加原子半径差异较大的元素可以提升HEA的硬度、强度及耐磨性[6]。如通过激光熔覆技术制备的AlCoCrFeNiTix HEA的体积磨损率仅为2.1×10-8 mm3/（N·m） [7]，AlCoCrFeNiNbx的显微硬度高达913 HV[8]。同样，向HEA系统中添加耐蚀性元素可以提升合金的耐蚀性[9]。如先前报道的AlCoCrFeNiTi[10]、AlCoCrFeNiMox[11]等，不仅大幅度降低了HEA的腐蚀速率，而且也提升了HEA的硬度和耐磨性。

因此，本文用Mo、Ti替代了AlCoCrFeNi HEA系统中的Co。为了更直观地反映HEA的性能，选用综合性能优越的40CrNiMoA合金钢作为参比基体。……