激光熔覆CoCrCu_0.4FeNi高熵合金涂层的微观组织和相稳定性分析

摘要

为提高零部件的硬度和耐磨性，采用Co、Cr、Cu和Ni单质金属粉末在Q235钢基体上激光熔覆CoCrCu_0.4FeNi高熵合金涂层，利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了涂层的微观组织，测试了涂层的显微硬度，并利用第一性原理计算了涂层中各相的晶格常数和弹性常数。结果表明，涂层与基体形成了良好的冶金结合，且无宏观裂纹和气孔等缺陷；涂层微观组织主要由树枝晶和枝晶间组成，其中树枝晶为一种面心立方相（FCC1），富Cu贫Cr，枝晶间为另一种面心立方相（FCC2），富Cr贫Cu。涂层厚度约为1.50～1.98 mm，涂层枝晶大小约为7.9～10.4μm。涂层的显微硬度约为HV_0.2 170～230，约为基体1.7倍，随着与涂层表面距离的增加，涂层的硬度逐渐降低。另外，激光功率越低，扫描速度越大，树枝晶越细小，细晶强化的作用越强，涂层的硬度越高。涂层中面心立方（FCC）相的晶格常数计算值与实验值误差为1.33%～2.60%,FCC相的生成热均为负值，且弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄满足立方结构高熵合金的力学稳定性限制条件，可知FCC相是稳定的。由剪切模量与体积模量之比（G/B）<0.57、泊松比（ν）>0.26可知，树枝晶和枝晶间处的FCC相总体呈现韧性特征。从涂层下部到上部，计算的弹性模量逐渐增加，硬度增大，与实验硬度变化规律相符合。

关键词

激光熔覆 / 高熵合金 / 显微硬度 / 涂层 / 第一性原理

基金资助

国家自然科学基金资助项目（11902212）