熵值合金的合成和表征FeCoNiCuCr通过激光熔覆

文摘

熵值合金最近发现小说微观结构和独特的性质。在这项研究中,一本小说FeCoNiCuCr熵值通过激光熔覆合金制备。显微组织、化学成分和组成阶段合成合金的特点是SEM、EDS、XRD和TEM分别。高温硬度也被评估。实验结果证明FeCoNiCuCr覆层由只有BCC和FCC阶段。高硬度,高铝原子壳层展览内容。AlFeCoNiCuCr壳层展品硬度增加温度在400 - 700°C。

1。介绍

合金系统的组件通常是基于一个原则元素和一些额外的元素性能优越。它利用组件边缘地区的相图。传统的观点认为,尽管它有助于增加少量的合金元素获得更好的性能,大量额外的合金元素的质量应该避免。在一些常见的铝合金等传统合金和镍钛合金,通常占据超过50%的主要元素原子的内容。

广泛使用的铁合金硬度回火时的遭遇下跌350 - 550°C,这限制了可能的应用在高温环境下(1]。高温沉淀强化的镍基超合金,广泛应用于航空工业,也遭受同样的问题,尽管程度较轻。multiprinciple散货金属玻璃结晶在400 - 600°C,这也限制了应用程序在高温(2]。表现不佳的高温限制传统合金的应用。

正如上面所讨论的,传统的方法设计一个合金限制了高温合金的发展系统和极限载荷应用程序。熵的引入合金(头脑)由叶等概念。3)分手了传统规则的主要元素原子含量超过50%。头脑意味着合金组成的多元素,每个占用相对较高,但只有不到35%的原子的内容。这种创新的合金的性质是由多元素的共同作用决定。先前的研究表明,熵值合金往往形成简单的结晶相无序,甚至纳米非晶相。与此同时,通过控制组成,可以实现铋锡和高、高温性能(4]。

真空电弧重熔(5- - - - - -9散装铸锭)是合成头脑的的主要方法。表面涂层也是可能的。Varalakshmi et al。10机械合金化AlFeTiCrZnCu合成。然而,这些方法很难直接应用于表面改性。通过球磨包层表面上,紧随其后的合金粉末可用于间接表面改性。批量处理的路线可以是昂贵的,仅限于相对较小的组件的生产。然而,在很多情况下,只有接触表面性质是重要的在确定组件在实际应用的性能。因此,使用涂层有几个有吸引力的优势。

在本文中,一种新颖的方法来制造头脑激光熔覆涂层的报道。由于激光熔覆的快速加热和冷却过程中,激光熔覆技术的冷却速度可以达到10³-10年⁶K / s。更重要的是,激光熔覆有能力实现可控的稀释比、涂层和基体之间的冶金结合,热变形小,非平衡反应。考虑他的倾向,形成简单的结构和纳米晶体,编造他的激光熔覆具有重要意义和广泛应用的潜力。直到现在,这种新方法还没有被报道。调查的目的是确定捏造头脑通过激光熔覆的可行性和实现合金涂层具有良好的结合特性,重点是高温硬度。

2。实验程序

Al、Co、铬、镍、铜、和铁粉纯度高、准备和混合原料。之前上述粉末材料在AISI 1045钢衬底,ai在修改后的混合粉末添加乙醇和混合均匀。预镀的厚度粉末层被限制在大约1.4毫米。当厚度为1.6毫米,一样大的数量和长度裂缝将急剧增加。然而,当厚度1.0毫米一样小,很难获得近似稀释速率通过控制激光参数。prc - 3000有限公司₂激光设备,在氩气环境中,他叫合成AISI 1045钢的表面。包层涂料的性能控制的激光功率和扫描速度、光斑直径是固定到3毫米。几个不同的激光功率值被用于激光熔覆:1200 W - 2000 W。扫描速度是2毫米/ 12 mm / s。

据报道,基地组织在结构和性能有显著影响(11]。为了评估铝含量的影响FeCoNiCuCr激光熔覆涂层,X因素是设置为另一个变量的数量和实验被分成5组:,1.3,1.5,1.8和2.0。所有的元素,除了阿尔等原子的。激光熔覆后,标本切片垂直于扫描跟踪电火花机。D8推进的标本分析x射线衍射(XRD)分析系统。覆盖层的化学成分是由牛津印加X-sight 7573能量色散x射线(EDX)微量分析系统配备地产- 6460 lv扫描电子显微镜(SEM)。分析了熔覆层的晶体结构jeol jem - 2010透射电子显微镜(TEM)。hx - 200的显微硬度测量维氏硬度计和高温显微硬度为200 - 800°C的明石AVK-A高温微硬度计。

3所示。结果与讨论

3.1。合成熵值较高的合金

通过优化激光参数,porosity-free合金涂层被激光熔覆合成。激光权力和扫描速度的最佳范围为更好的稀释比例是1400 - 1800 W和8 - 12 mm / s,分别。图1显示了宏观的涂料。时避免了裂缝值低于1.5。涂料没有可见的宏观缺陷的观点。进一步添加铝元素和系数达到1.8,一些少量裂缝观察涂料。当达到2.0时,裂缝的数量急剧增加。大幅的细长裂缝贯穿包覆层。裂缝的存在会导致不利影响熔覆层的性能。

3.2。的微观结构和成分特征_XFeCoNiCuCr

SEM照片图2显示了典型的中部地区FeCoNiCuCr结构。典型的结构是由树突(DR)和枝晶间(ID)地区。表1显示了原子组成博士和ID。

从表1,可以看出铁元素的实际成分比例远远大于名义。可能的原因是一些铁元素的AISI 1045钢基稀释复合,从而导致偏离名义百分比。实验结果表明,铁元素的偏移增长更大更高的激光功率和扫描速度较低。例如,在1800 W和4 mm / s,铁的原子百分比可以达到高达50%。

艾尔的偏离名义组成元素,表明有可能蒸发的激光熔覆。另一个可能的原因是王水的选择性腐蚀。如果Al-enriched阶段的耐蚀性较差,这一阶段将选择性腐蚀到枝晶间结构。这种情况也可能导致铝成分的偏差。

据报道,铜元素可以浓缩在枝晶间结构10,11]。铜元素的原子比例将超过50%。然而,激光熔覆合成FeCoNiCuCr合金出现小博士ID和结构之间的枝晶偏析。虽然枝晶偏析发生之间的ID和博士,这不是在铸造合金一样严重。激光熔覆的高冷却速率特性可以解释这一现象。在正常情况下,冷却速率较低,种族隔离是更重要的。当冷却速率上升到一定程度时,枝晶间隔离减少。这是冷却速度达到一个阈值水平时,扩散过程是抑制在固体和液体阶段。在这种情况下,合金进入非扩散结晶的情况,类似于纯金属的凝固过程。因此,枝晶间隔离的头脑应该小于激光熔覆合成,合成了。枝晶间隔离通常对合金的性能造成不利影响,尤其在塑性和韧性。从上面的结果,预计激光熔覆合金制造的应该更好的性能比铸造的。

3.3。艾尔的阶段特征和影响的内容

这项工作表明,铝元素的原子含量有很大的影响在他的相组成FeCoNiCuCr。实验样品的系数为1.0,1.3,1.5,1.8和2.0使用XRD和TEM表征理解相变。

3.3.1。x射线衍射分析

图3显示了x射线衍射模式FeCoNiCuCr在不同值。衍射峰显示复杂的金属间化合物化合物合并成简单的阶段。通过真空电弧重熔和机械合金化合成都是由简单的阶段(11,12]。

分析表明,FeCoNiCuCr合成了激光熔覆同样的相组成与合金制作的传统方法。根据图4,新增的内容不会改变阶段的数量。但是,FCC衍射峰的相对强度降低和bbc峰值增加。可以推断,存在从FCC阶段过渡到bbc阶段,伴随着添加铝元素。作为半岛获得相对较大的原子半径,增加加剧了晶格畸变。这种现象也观察到在先前的研究12]。

3.3.2。AlFeCoNiCuCr的透射电子显微镜分析

的纳米晶体性质的头脑AlFeCoNiCuCr已经确认TEM亮视场图像和相应的选区衍射(SAD)模式如图5。

我们可以学习的合金是由两个截然不同的阶段:第一阶段出现白色斑点和第二阶段一个黑色的基地。在(a),组织调查显示颗粒分散在第一阶段第二阶段的基础。结果也证明了不存在复杂的头脑由激光熔覆金属间化合物的化合物。第一阶段是纳米结构,平均直径为几个纳米到100纳米之间。

3.4。熔覆层的显微硬度分布_XFeCoNiCuCr

熔覆层的显微硬度是一个关键的性能指标。也报道,铝元素的含量有很大的影响在硬度(12]。的显微硬度分布不同的X值和平均硬度所示,分别在图6和表2。

的显微硬度值不同因素大大不同。的增加,平均跨部分熔覆层的显微硬度(清廉毫米长度)提出了一种增加的趋势增加的因素。当值从1增加到2,平均显微硬度增加从390年到687年高压_0.2。艾尔的内容明显对显微硬度的影响。这个结果与报道一致研究[11]。这种现象可以解释在晶格结构的转变。正如上面所讨论的,添加促进从FCC, BCC结构的转变。进一步增加,BCC成为小学阶段,从而导致微观结构的重大变化。随着BCC结构被认为是获得的硬度高于FCC (12),这个转变后的显微硬度期望急剧增加。在另一个方面,更大的原子,比原子作为一个函数的解决方案加强和加剧晶格畸变。与铸造合金相比,他合成了激光熔覆硬度越高获得的结果更快速冷却导致细微观结构。

从表2,我们可以推断,当显微硬度的增加是锋利从1.0增加到1.5。进一步增加,显微硬度的增加速度减缓,因为最初的Al大大改变相位结构,这种效应在进一步增加逐渐减少。

然而,铝的增加也导致裂缝的增加。有可能寻求一个平衡值的平均显微硬度越高,更少的缺陷。这个最优位于1.5和1.8之间。

3.5。高温显微硬度

先前的研究主要集中在显微硬度变化在不同温度回火后在高温情况下的硬度。如果他能保持高温硬度高,可能的应用程序可能会大大增加。在本文中,我们选择AlFeCoNiCuCr高温硬度试验。图7在不同的温度显示AlFeCoNiCuCr的显微硬度。首先,合金加热时,有一个明显的硬度下降。大多数合金会受到加热后的硬度下降。

然而,更重要的是,当温度进一步增加到400°C和500°C,硬度急剧增加。硬度高于室温下显示的温度在400°C和700°C。这一现象表明,AlFeCoNiCuCr合金股份财产一样高速钢铁也在某些温度范围硬度逐渐增加的趋势。高速钢包含元素,如钨、钼、铬、Co和V,这可能导致回火时碳化物析出。沉淀硬化效应作为硬化机制。时他叫这种现象可以解释为multialloying元素形成金属间化合物化合物的高耐热性和显微硬度,从而导致更高的高温硬度在温度在400 - 700°C。这个属性在高温情况下无疑增强了可能的应用程序。然而,硬度急剧下降,最后达到高压600 - 800°C_5.0150年。这是远离的平均硬度室温。他和高速工具钢遭受上述硬度下降约600°C。

4所示。结论

熵值合金FeCoNiCuCr已成功通过激光熔覆原位合成,并被证明是获得纳米结构。以下已发现合金的特性。(1)优化激光参数的合成_XFeCoNiCuCr合适的稀释比例是1400 - 1800 W和8 - 12毫米/秒。(2)他由激光熔覆的同质性在成分和微晶尺寸约为10纳米。(3)纳米结构和BCC和FCC晶体结构中观察到的所有成分。添加铝元素促进FCC, BCC结构的转变。(4)艾尔的构成元素是一个关键因素影响的显微硬度和形成头脑。合金结合相对平衡组成区域形成和显微硬度来。(5)纳米晶体的高熵合金是稳定甚至在400 - 700°C和显微硬度高于室温。硬度呈现大幅增加400°C到500°C。然而,降低硬度在700°C以上的高温也观察到。

确认

作者要感谢梁Lv技术援助的TEM实验和Yu顾董、昌盛等进行处理的数据。x教授你们愿意承认金融支持文进刘博士对马。

引用

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