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等离子喷涂高熵合金涂层的组织结构及摩擦学性能研究

高熵合金；等离子喷涂；组织结构；摩擦磨损

高熵合金由于其独特的合金设计理念，具有较高的强度、硬度、韧性以及较好的耐磨损性能。采用等离子喷涂技术制备高熵合金涂层，并研究其组织结构与摩擦磨损性能之间的关系，对推进高熵合金在工业领域应用具有重要的指导意义。（1）研究了Al含量和热处理对FeCoNiCrSiAl_x高熵合金涂层组织演变以及摩擦学性能的影响，结果表明，喷涂态FeCoNiCrSiAl_x涂层相结构是BCC相+少量FCC相。Al的加入对喷涂态涂层的物相的影响小于热处理涂层，热处理后的涂层中形成了Cr₃Ni₅Si₂金属间化合物。在干摩擦条件下，随着Al元素的加入，涂层的磨损率逐渐降低，热处理的FeCoNiCrSiAl_1.0涂层磨损率最低，这是由于涂层中BCC相和Cr₃Ni₅Si₂相增加。涂层干摩擦的主要磨损机制是剥落磨损，而轻度磨粒磨损是涂层在水润滑条件下的主要磨损机制。（2）研究了等离子喷涂参数中H₂流量和热处理对FeCoNiCrMn高熵合金涂层组织结构和摩擦学性能的影响，对比研究了喷涂态和态FeCoNiCrMn涂层在干摩擦条件下对WC-Co球的磨损行为。结果表明，由于Mn元素的挥发和氧化，在喷涂涂层表面形成了蓬松结构。涂层的相结构由单一的FCC相和部分氧化物组成。当H₂流量从3 L / min增加到6 L / min时，涂层的磨损率降低了一半。热处理可以大大提高喷涂层的耐磨性和耐划伤性，这是由于提高H₂流量和热处理能够使涂层间的结合力增强。（3）通过替换Al、Mo、Mn三种元素，研究不同元素对FeCoNiCr系高熵合金涂层的组织结构与腐蚀性能的影响，对比探究了三种涂层在干摩擦和油润滑条件下与GCr15对摩球的摩擦磨损性能，结果表明，FeCoNiCrAl涂层的相结构包括BCC相、少量FCC相和氧化物，FeCoNiCrMo、FeCoNiCrMn涂层的相结构均由FCC相和氧化物组成。三种涂层中FeCoNiCrAl涂层的硬度值最高，涂层中的BCC相结构和硬质相氧化物提高了涂层的硬度，FeCoNiCrMo涂层的耐蚀性能最好。在干摩擦条件下，FeCoNiCrAl高熵合金涂层的磨损机理以剥落磨损为主，FeCoNiCrMo高熵合金涂层以磨粒磨损为主，而FeCoNiCrMn高熵合金涂层以氧化磨损为主，因此其耐磨性最优异。