大氣等離子噴涂 FeCoCrNiMn 高熵合金涂層的耐海水腐蝕與磨損性能

隨著海洋工程技術(shù)的不斷發(fā)展，海洋裝備長(zhǎng)期服役于惡劣的海水環(huán)境中，面臨著嚴(yán)重的腐蝕和機(jī)械磨損問題。傳統(tǒng)的防護(hù)涂層材料往往難以滿足高性能要求，因此開發(fā)新型耐腐蝕和耐磨損的防護(hù)涂層材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。高熵合金作為一種新型的多主元合金，因其獨(dú)特的性能，如高硬度、高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性等，在海洋工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

高熵合金是由5種或5種以上元素按等原子比或近原子比組合而成，形成簡(jiǎn)單固溶體結(jié)構(gòu)。由于其高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和“雞尾酒”效應(yīng)，高熵合金表現(xiàn)出與傳統(tǒng)合金不同的性能特點(diǎn)。本文選用FeCoCrNiMn高熵合金作為研究對(duì)象，采用大氣等離子噴涂技術(shù)制備涂層，并研究其在模擬海水環(huán)境中的腐蝕磨損行為。

本文研究了大氣等離子噴涂技術(shù)制備的FeCoCrNiMn高熵合金涂層在模擬海水環(huán)境中的腐蝕磨損行為。通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜儀（EDS）分析了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)，并通過摩擦磨損實(shí)驗(yàn)評(píng)估了涂層的耐磨損性能。結(jié)果表明，F(xiàn)eCoCrNiMn高熵合金涂層在3.5%NaCl溶液中表現(xiàn)出良好的耐腐蝕磨損性能，主要磨損機(jī)制為腐蝕磨損和氧化磨損。

實(shí)驗(yàn)材料選用FeCoCrNiMn高熵合金粉末，其粒度為-200目?；倪x用304不銹鋼，尺寸為50mm×50mm×5mm。在噴涂前，對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理，包括打磨、清洗和噴砂處理，以提高涂層與基材的結(jié)合力。

圖1為FeCoCrNiMn高熵合金涂層的XRD圖譜。從圖中可以看出，涂層主要由單一FCC相組成。這表明大氣等離子噴涂技術(shù)能夠成功制備出具有簡(jiǎn)單固溶體結(jié)構(gòu)的FeCoCrNiMn高熵合金涂層

圖2為FeCoCrNiMn高熵合金涂層的SEM形貌圖。從圖中可以看出，涂層表面呈現(xiàn)出典型的等離子噴涂特征，即層狀結(jié)構(gòu)和熔融顆粒。涂層與基材之間結(jié)合緊密，沒有明顯的裂紋和孔隙。

圖3為FeCoCrNiMn高熵合金涂層和304不銹鋼基材的硬度值。從圖中可以看出，涂層的平均硬度為221HV0.2，遠(yuǎn)高于基材的159HV0.2。這表明FeCoCrNiMn高熵合金涂層具有較高的硬度，有利于提高涂層的耐磨損性能。

圖4為FeCoCrNiMn高熵合金涂層在3.5%NaCl溶液和去離子水中的開路電位隨時(shí)間的變化曲線。從圖中可以看出，在浸泡階段，涂層的開路電位均有所降低，但在靜置階段能夠迅速恢復(fù)。這表明涂層在浸泡過程中發(fā)生了鈍化現(xiàn)象，形成了保護(hù)膜。然而，在NaCl溶液中，高載荷下磨損樣品的開路電位恢復(fù)較慢，表明機(jī)械損傷加速了腐蝕過程。

圖6和圖7為FeCoCrNiMn高熵合金涂層在3.5%NaCl溶液和去離子水中磨損后的SEM形貌圖。從圖中可以看出，在NaCl溶液中，涂層表面出現(xiàn)了明顯的腐蝕坑和剝落現(xiàn)象，磨損體積較大。而在去離子水中，涂層表面相對(duì)平整，磨損體積較小。這表明NaCl溶液中的腐蝕介質(zhì)加速了涂層的磨損過程。

圖5為FeCoCrNiMn高熵合金涂層在3.5%NaCl溶液和去離子水中不同載荷下的磨損體積。從表中可以看出，在NaCl溶液中，涂層的磨損體積隨載荷增加而增大。而在去離子水中，雖然磨損體積也隨載荷增加而增大，但整體數(shù)值較低。這表明NaCl溶液中的腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的磨損性能產(chǎn)生了顯著影響

本文采用大氣等離子噴涂技術(shù)成功制備了FeCoCrNiMn高熵合金涂層，并研究了其在模擬海水環(huán)境中的腐蝕磨損行為。結(jié)果表明，涂層主要由單一FCC相組成，具有較高的硬度和良好的結(jié)合力。在3.5%NaCl溶液中，涂層表現(xiàn)出良好的耐腐蝕磨損性能，但磨損體積隨載荷增加而增大。主要磨損機(jī)制為腐蝕磨損和氧化磨損。因此，F(xiàn)eCoCrNiMn高熵合金涂層在海洋工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【大氣等離子噴涂 FeCoCrNiMn

高熵合金涂層的耐海水腐蝕與磨損性能】

曹甫洋   王浩權(quán) 季謙 丁恒楠 袁志鐘 羅銳

FeCoCrNiMn高熵合金是由五種等摩爾比的元素構(gòu)成，能夠表現(xiàn)出傳統(tǒng)合金所不具備的高強(qiáng)度，高耐磨，高耐腐蝕能力。

可用于選區(qū)激光熔化（SLM）、電子束熔融（EBM）、激光直接沉積（DLD）、粉末冶金（PM）、注射成型（MIM），激光熔覆（Laser Cladding）等工藝。