1、本文采用激光熔覆技術在低成本鐵基材料表面研制具有高硬度、高耐熱、耐腐蝕和特殊電、磁等優(yōu)異綜合性能的高熵合金新材料涂層。研究表明,激光熔覆快速凝固動力學條件有利于提高高熵合金涂層簡單固溶體形成能力,避免脆性金屬間化合物相的形成,減輕成分偏析,所制備的六種成分涂層均獲得了BCC、FCC或BCC+FCC簡單固溶體相結構,在成分上拓展了現(xiàn)有高熵合金的設計構想。與通常采用的電弧爐熔煉相似成分塊體材料相比,激光熔覆技術不僅延伸了高熵合金新材料在大型

2、零部件表面的應用,節(jié)約了貴金屬的使用成本,而且具有更高的硬度。通過EBSD、TEM、納米壓痕和第一性原理計算等方法研究了合金元素、激光快速凝固和后續(xù)高溫退火熱處理對涂層相選擇、組織轉變、硬度、斷裂韌性、高溫耐熱性能、耐腐蝕性能、電學和磁學性能的影響,以及提高涂層熔覆質量的辦法。
　　 設計了三種典型成分體系的高熵合金涂層。首先,研制了FCC結構FeCoNiCrCu涂層,提出了添加少量Si、Mn、Mo等合金元素提高涂層熔覆質量的方

3、法。不含Si、Mn、Mo合金元素的FeCoNiCrCu涂層組織為典型單相組織特征的細小柱狀晶和等軸晶,與以往電弧爐熔煉相似成分合金存在嚴重成分偏析的樹枝晶組織相比,幾乎沒有成分偏析和二次枝晶的形成,硬度更高(370 HV),但熔覆質量較差。添加少量Si、Mn和Mo合金元素顯著提高了涂層的熔覆質量和硬度(450 HV),但一定程度上導致涂層成分偏析的增加,組織轉變?yōu)闃渲А?br>　　 其次,研究了不同原子半徑的合金元素對簡單BCC結構

4、FeCoNiCrAl(X)系涂層組織、結構和性能的影響。并結合四種成分FeCoNiCrAl3、FeCoNiCrAl2Si、FeCoNiCrAlSiCu0.5和FeCoNiCrAlSiCuTiMoB0.5涂層的實驗研究和第一性原理計算,指出添加大原子半徑Al、Ti元素雖然能通過提高晶體點陣的畸變而提高涂層硬度,但降低了涂層的斷裂韌性。而添加小原子半徑的合金元素Si、B有利于同時提高涂層硬度和斷裂韌性,四種成分涂層中FeCoNiCrAlSi

5、CuTiMoB0.5涂層同時具有最高的硬度(1150HV)、斷裂韌性和耐腐蝕性能。最后,研制了具有簡單BCC固溶體相結構的富鐵6FeCoNiCrAlTiSi涂層,鐵的添加含量擴展了單一元素含量介于5％～35%范圍的原有高熵合金成分設計理念,涂層不僅具有較高的硬度(780 HV)和良好的耐高溫性能,而且在所制備的BCC結構涂層中具有最高的斷裂韌性和軟磁性能。
　　 在涂層材料的組織和性能方面,研究發(fā)現(xiàn):高熵合金涂層具有良好的高溫耐

6、熱性能,涂層相結構和硬度在750℃以下高溫退火后能基本保持穩(wěn)定,但隨著退火溫度升高至1000℃,不同成分的涂層普遍發(fā)生溶質原子擴散速度加快和成分偏析加劇的現(xiàn)象,并最終導致BCC結構6FeCoNiCrAlTiSi涂層中無序固溶體向B2和D03有序結構轉變,涂層硬度出現(xiàn)緩慢下降;納米壓痕加載曲線由于力值波動引起的的鋸齒流變現(xiàn)象隨著涂層硬度的升高而增大,證明高熵合金涂層高硬度的重要來源是溶質原子與位錯之間強烈的交互作用;高熵合金涂層還具有良好