激光熔覆WC_CoCrFeNiMo復合涂層的組織與耐磨耐蝕性能

高熵合金（HEA）作為一種新型多元合金材料，由5種或5種以上元素按相等或近似相等的原子百分比組成，具有高熵效應、晶格畸變效應、遲滯擴散效應及“雞尾酒效應”，從而展現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能和耐磨耐蝕性能。

本文旨在通過激光熔覆技術(shù)在Q235鋼上制備不同WC添加量的CoCrFeNiMo高熵合金復合涂層，并研究WC含量對涂層物相組成、顯微組織、顯微硬度、耐磨性及耐腐蝕性能的影響。

選用CoCrFeNiMo高熵合金粉末和WC粉末作為熔覆材料，以Q235鋼為基體。

涂層制備：利用激光熔覆技術(shù)在Q235鋼表面制備不同WC含量的WC/CoCrFeNiMo復合涂層。

圖2展示了不同WC含量的WC/CoCrFeNiMo復合涂層的XRD譜圖。未添加WC的高熵合金涂層和5/HEA復合涂層中均存在FCC固溶體結(jié)構(gòu)基體相和σ相。隨著WC添加量的增加，WC、W?C和Co?W?C等化合物相陸續(xù)出現(xiàn)，且其衍射峰強度逐漸提高。這表明WC在熔覆過程中發(fā)生了部分分解，形成了亞穩(wěn)的W?C和三元Co?W?C化合物。

圖3和圖4展示了不同WC含量的高熵合金復合涂層的SEM圖像?？梢钥闯觯S著WC添加量的增加，涂層的顯微組織變得更加致密，WC顆粒周圍出現(xiàn)了不規(guī)則形狀的塊狀組織。EDS點掃結(jié)果顯示（表1），WC添加量增加導致涂層中W和C的含量顯著增加，而其他元素的分布變化不大。

圖6展示了WC含量對高熵合金復合涂層硬度的影響。隨著WC添加量的提高，涂層的硬度持續(xù)提高，平均顯微硬度最高可達430.7 HV0.3，較未添加WC的純高熵合金涂層提高了42.4%。這表明WC硬質(zhì)顆粒及其分解產(chǎn)物對涂層硬度的提升有顯著貢獻。

圖7和圖8展示了不同WC含量的復合涂層在15 N載荷下的摩擦因數(shù)曲線、磨損量及磨痕微觀形貌。結(jié)果表明，當WC添加量為20%時，復合涂層的摩擦系數(shù)和磨損量均達到最小值，其磨損機制主要為磨粒磨損、少量的粘著磨損和氧化磨損。隨著WC含量的進一步增加，涂層的摩擦系數(shù)和磨損量反而增加，這可能是由于過多的WC顆粒導致涂層內(nèi)部應力集中和裂紋擴展。

圖9展示了不同WC含量的高熵合金復合涂層在3.5% NaCl溶液中的電化學極化曲線及極化參數(shù)。25/HEA復合涂層的自腐蝕電位（E????）達到極值0.2890 V，較未添加WC的高熵合金涂層提高了約50%。此外，圖10的Nyquist圖和Bode圖也表明，25/HEA復合涂層的容抗弧曲率半徑、相位角和阻抗模值均較大，顯示出優(yōu)異的耐腐蝕性能。

以CoCrFeNiMo和WC為原料，采用激光熔覆技術(shù)在Q235鋼表面成功制備出不同WC添加量的高熵合金復合涂層。其顯微組織主要由 FCC 相、σ 相、殘留的 WC 及少量新生的 W2C 和 CoW2C 等化合物相組成。

隨著 WC 添加量的提高，高熵合金基體組織得到明顯細化，在 WC 硬質(zhì)顆粒及其分解產(chǎn)生的 W2C

和 CoW2C 等化合物相的綜合作用下，復合涂層的硬度持續(xù)提高。

WC 顆粒的引入復合涂層的摩擦學特性得到提升，隨著 WC 添加量的增加，復合涂層的摩擦系數(shù)和磨損量均先減小后增加，當 WC 添加量為 20%時，摩擦系數(shù)和磨損率均達到最小值。

WC 顆粒的引入不僅沒有破壞高熵合金基體良好的耐腐蝕性能，反而對其抗腐蝕能力有所提升，當WC 添加質(zhì)量分數(shù)為 25%時，涂層的耐腐蝕性最強，主要作用機理為 WC 顆粒及其分解產(chǎn)物對涂層的物理屏障作用減弱了晶界的腐蝕。

【激光熔覆WC_CoCrFeNiMo復合涂層的組織與耐磨耐蝕性能】

張小鋒，呂品正，羅建科，衡鑫，魏佳貴，席曉晨，賈磊