多模态能场协同构筑高熵合金复合梯度涂层:激光熔覆-超声滚压-离子渗氮序贯调控机制
编号:21
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更新:2025-03-14 15:08:02 浏览:43次
特邀报告
摘要
针对高熵合金涂层强韧化与表面功能化协同调控难题,本研究提出“激光熔覆-超声滚压-离子渗氮”多模态能场耦合策略,系统揭示了FCC相CoCrFeMnNi与BCC相AlCoCrFeNi双相高熵合金涂层的跨尺度结构演化及摩擦学响应机制。通过激光熔覆制备双相高熵合金涂层后,施加梯度静压力超声滚压,利用塑性应变诱导晶粒细化和位错增殖,继而结合离子渗氮实现表面氮化层可控构筑。研究发现:对于低层错能FCC相CoCrFeMnNi涂层,超声滚压未改变物相组成,但通过晶粒细化(亚晶粒尺寸降至~120 nm)、位错密度提升(>5×10¹⁴ m⁻²)及堆垛层错生成,实现硬度提升(HV₀.₁达425),其强化机制归因于细晶强化、加工硬化与亚结构协同效应。滚压后渗氮处理促使CrN层连续生长(厚度随滚压压力增至4.2 μm),显著提升耐磨性(磨损率降低68%),磨损机制由粘着磨损主导转变为磨粒-氧化-疲劳磨损协同作用。对于高层错能BCC相AlCoCrFeNi涂层,超声滚压触发马氏体相变(体积分数达32%)与σ相强化,同时高密度位错(>8×10¹⁴ m⁻²)加速氧扩散形成致密氧化膜(Al₂O₃覆盖率>85%),耐磨性提升源于氧化层保护效应增强。然而,渗氮后AlN颗粒的离散分布导致Al元素贫化,引发氧化膜疏松化与硬质磨屑增多,致使高静压力(600 N)下磨损率反升42%,揭示出相变-氮化竞争机制对BCC相涂层性能的影响。本研究创新性构建了“塑性应变-缺陷工程-化学改性”序贯调控理论框架,阐明FCC/BCC高熵合金涂层在多模态能场作用下的非平衡结构演化规律:FCC相涂层依赖梯度氮化层实现强韧-耐磨协同提升,而BCC相涂层受限于相变/氮化动力学竞争需优化工艺匹配度。研究成果为异质结构高熵合金涂层的能场协同设计与极端工况表面工程提供了新范式。
关键词
高熵合金;激光熔覆;超声滚压;离子渗氮;磨损性能
稿件作者
刘昊
中国矿业大学
王瑞彤
中国矿业大学
杨海峰
中国矿业大学
郝敬宾
中国矿业大学
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