摘要
奥氏体不锈钢凭借着其本身优良的耐腐蚀性、高强度、可成形性、可延展性以及良好的韧性而被广泛用于食品加工、石化以及化工等不同的行业。但是，在实际使用过程中，经常会出现因为耐磨性能不佳而引起的零件早期失效问题，极大地限制了其应用。高熵合金因其独特的设计理念而兼具优异的力学性能、特殊的物理和化学性能，在结构与功能方面具有非常广阔的应用前景，是目前引起广泛关注的新型合金材料。相比于块体材料，高熵合金涂层在展示优异的耐磨耐蚀性能的同时，能大幅降低原始合金的用量和使用成本，近年来成为该领域的研究热点。与常见的机械合金化、激光熔覆、热喷涂、热压法等涂层制备工艺方法不同，本研究以雾化法制备的高熵合金粉末为原料，采用场助烧结技术（Fieldassistedsinteringtechnology，FAST），在304奥氏体不锈钢基体上低温快速制备出高致密的高熵合金涂层，研究了烧结工艺参数对高熵合金涂层微观组织、力学性能以及电化学腐蚀性能的影响，探讨了利用高熵合金涂层改善304不锈钢使用性能的可行性，为拓展高熵合金的工业应用提供方法借鉴和思路参考。研究结果表明： （1）在压力为70MPa,保温时间10min，保温温度为900℃～1000℃的范围内，电场辅助烧结技术制备的高熵合金涂层与基体之间具有良好的冶金结合，在结合界面处未发现空洞和裂纹等界面缺陷。涂层内部致密且组织细小，元素分布均匀。Co和Al元素发生了明显的跨界面扩散，是促进界面快速结合的重要原因。 （2）AlCoCrFeNi高熵合金涂层内部由FCC相、BCC相以及B2相组成。其中FCC相呈网格状分布于涂层中，初始BCC相以及由于BCC相中发生调幅分解而形成的B2相呈迷宫格形状交替分布于FCC相围成的区域内。能谱分析结果表明，FCC相中富集Fe、Cr元素，BCC相中富集Al、Ni元素。随着烧结温度的逐渐上升，涂层合金中FCC相的体积分数先下降后升高，对应的硬度值则呈先升高后下降的趋势。 （3）高熵合金涂层和304奥氏体不锈钢基体的耐磨性能随着载荷的逐渐增大表现明显不同。在5N的较小载荷作用下，涂层与基体的耐磨性相差不多；当载荷从5N增加到20N时，基体的摩擦系数变化幅度不大，磨损过程以粘着磨损和氧化磨损为主。与其相比，涂层的摩擦系数随着载荷的逐渐增大而降低，耐磨性能明显提高，涂层的磨损机制以氧化磨损和磨粒磨损为主。固溶强化、界面强化以及第二相析出强化的综合作用是AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有较高耐磨性的主要原因。 （4）对比研究了涂层和基体在3.5wt%NaCl溶液、模拟海水溶液以及0.5MH2SO4溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明：在3.5wt%NaCl溶液中，涂层相对基体的耐蚀性提高最明显，涂层的自腐蚀电位Ecorr提高了约0.2V，自腐蚀电流密度Icorr降低了一个数量级；在模拟海水溶液中，涂层相比基体的耐蚀性略有提高；在上述过程中基体的腐蚀以由Cl-引起的点蚀为主。而在0.5MH2SO4溶液中，涂层的耐腐蚀性能与基体相比变化不大。上述结果表明AlCoCrFeNi高熵合金涂层能有效提高基体的抗点蚀性能和耐磨性能。
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