摘要
高熵合金作为一种新型合金材料，具有独特的内部组织结构，在航空航天、船舶和机械支架等领域具有广阔的用途。本文利用激光熔覆法在40CrMnMo基体表面形成FeCoCrNiMn高熵合金熔覆涂层，探究激光功率和扫描速度对FeCoCrNiMn高熵合金涂层的表面宏观形貌、物相组织、显微结构、显微硬度、残余应力、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能的影响规律，并研究了不同TiC含量和WC含量对FeCoCrNiMn高熵合金涂层的表面宏观形貌、物相组织、显微结构、显微硬度、残余应力、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能的影响规律。 研究结果表明：激光功率和扫描速度对FeCoCrNiMn高熵合金涂层的综合性能具有一定的影响；当激光功率在800~1600 W范围内，单道涂层的稀释率均小于20%，涂层与基体冶金结合良好；当扫描速度在4~12 mm/s范围内，单道涂层稀释率均小于20%，涂层与基体冶金结合良好。通过调节激光功率，制备出多道熔覆的FeCoCrNiMn涂层，这些涂层的组成主要由FCC相固溶体和BCC相（α-Fe）组成，组织为树枝晶，形貌为马氏体；当激光功率为1000 W时，涂层的综合性能最佳，经过显微硬度检测，硬度达到215.4 HV0.3，残余应力为215.3 MPa，耐磨性能最佳，摩擦系数为0.63，磨损率最低，为1.406×10-5 g·N-1·m-1；激光功率1200 W时涂层的耐腐蚀性最佳，自腐蚀电位为-0.24 V，自腐蚀电流密度为2.37×10-9 A·cm2。不同扫描速度制备的多道FeCoCrNiMn涂层的组织主要为FCC相固溶体和BCC相(α-Fe)结构，主要由柱状树枝晶、胞状晶组成。当扫描速度为6 mm/s时，涂层的综合性能最佳，经过显微硬度检测，硬度达到216.9 HV0.3，残余应力为215.3 MPa，摩擦系数为0.63，磨损率最低，为1.406×10-5 g·N-1·m-1，其耐磨性能最好；当扫描速度为10 mm/s时，自腐蚀电位为-0.28 V，自腐蚀电流密度为5.49×10-9 A·cm2，其耐腐蚀性能最好。激光功率和扫描速度是影响FeCoCrNiMn高熵合金涂层组织与性能的重要因素。 当FeCoCrNiMn高熵合金涂层加入TiC颗粒后，高熵合金复合涂层的组织主要为FCC相和BCC相，含有少量TiC、CoCx和NiCx相，显微结构为等轴晶和柱状晶组织。在5 wt%TiC复合涂层综合性能最佳，显微硬度达到最大值277 HV0.3，摩擦系数为0.53，磨损量和磨损率最低，分别为0.0171 g与1.286×10-5 g·N-1·m-1，复合涂层的磨损方式主要为磨粒磨损与氧化磨损，并伴随粘着磨损。高熵合金复合涂层的耐腐蚀性能在15wt%TiC时最佳，自腐蚀电流密度为3.60×10-9 A/cm2。 当FeCoCrNiMn高熵合金涂层加入WC颗粒后，高熵合金复合涂层的组织主要为FCC相和BCC相，含有少量WC、W2C和Cr7C3相，显微结构为柱状晶和胞状晶组织。在10 wt%WC复合涂层综合性能最佳，显微硬度达到最大值287 HV0.3；摩擦系数为0.58，磨损量和磨损率最低，分别为0.0114 g与0.857×10-5 g·N-1·m-1，复合涂层的磨损方式主要为磨粒磨损与氧化磨损，并伴随粘着磨损。高熵合金复合涂层的耐腐蚀性能在10 wt%WC时最佳，自腐蚀电流密度为7.91×10-11 A·cm2。 本文通过大量的试验获得了成型工艺控制高熵合金组织和物相结构，进一步拓宽了高熵合金的成型新技术，为后期高熵合金成型新技术研究奠定了一定的基础，并且通过添加硬质颗粒获得了力学性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能更优异的熔覆涂层，为后续的研究发展提供了理论依据和现实意义。
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