力场辅助激光熔覆构筑高熵合金梯度组织结构及其磨损性能
编号:93
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更新:2026-03-25 10:12:27 浏览:31次
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摘要
针对激光熔覆高熵合金涂层存在的晶粒粗化与残余应力等问题,提出了力场辅助制造策略,通过调控凝固与固态相变过程,在CoCrFeNiMn涂层中构建梯度异质结构,并系统研究其对磨损性能的强化机制。研究包括两种工艺路径:其一,采用“激光熔覆+超声滚压”的多步复合工艺,超声滚压通过高应变速率塑性变形在涂层表面诱导形成梯度纳米结构化层。随着静压力增加,位错密度显著增殖并演化为亚晶界,最终驱动晶粒碎化,表面硬度由原始态约165 HV提升至347 HV,增幅达110%。该梯度结构主要源于位错强化、细晶强化与层错强化的协同作用,显著降低了磨损率,磨损机制从严重粘着-磨粒磨损转变为以轻微氧化磨损为主;其二,创新性地采用“原位滚压辅助激光熔覆”一体化工艺,在熔覆过程中同步施加力场,促使熔池发生动态再结晶,一步法制备出具有多级异质特征的梯度组织。该工艺不仅进一步细化了晶粒、消除了孔隙,更使涂层硬度呈现优越的梯度分布,通过异质变形诱导(HDI)强化、细晶强化及应变梯度效应,协同提升材料承载与变形协调能力,使涂层具备最优的综合耐磨性能,其体积磨损率较传统激光熔覆涂层降低了超过50%。研究表明,两种力场辅助方式均通过调控位错演化与再结晶行为,构筑具有梯度位错密度与晶粒尺寸的异质组织结构。其中,后置超声滚压侧重于应变诱导晶粒细化与表面纳米化,而原位滚压则实现了凝固和塑性变形一体协同调控,在提升表面硬度与耐磨性的同时,兼顾涂层整体强韧性与抗疲劳损伤能力。本研究为高性能耐磨涂层的制备提供了明确的工艺选择与理论支撑。
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