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《兰州交通大学》 2016年
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电火花数控化沉积FeConNiCuCr_x高熵合金涂层的微观结构及耐蚀性研究

冯玉龙  
【摘要】:多元高熵合金(High-Entropy Alloy,HEA)概念一经提出便被广泛使用。高熵合金是指主要元素种类≥5种、且其中每一种主要元素的原子百分比在5%~35%之间,但是却没有一种元素的原子百分含量超过50%而成为唯一的主要元素的合金。高熵合金具有一系列传统合金无法比拟的优异性能,如高硬度、高强度、抗磨损、耐腐蚀、抗高温氧化和独特的磁学性能等,因此多元高熵合金具有广阔的应用前景,可成为新一代大量开发应用的高技术材料。本文采用真空非自耗电弧炉熔炼、铜模水冷制备FeConNiCuCr_x(x=0,0.21,1.0,2.15,3)高熵合金,利用XRD、SEM、EDS等研究了铸态高熵合金的相结构及显微组织,发现随着Cr含量增加,铸态高熵合金的相结构由单一的FCC结构转变为BCC+FCC结构,组织形态是典型的树枝晶,Cu元素在枝间大量富集,其他元素在晶枝内的分布比较均匀。借助自行搭建的电火花-计算机沉积系统,通过数控化沉积方法,采用参数化等间距点焊式沉积策略,在45钢表面制备出1、3和5层的FeConNiCuCr_x(x=0,0.21,1.0,2.15,3)高熵合金涂层,利用XRD、SEM、EDS等研究了高熵合金涂层的微观结构,发现涂层的致密性较好,沉积1层的涂层厚度约为10μm,沉积3层的涂层厚度约为17μm,沉积5层的涂层厚度大致为25μm。沉积1层的涂层具有FCC+BCC结构,随着沉积层数的增加,涂层逐渐过渡到FCC结构。涂层表面的自然形貌为溅射状花纹,涂层的截面呈现出柱状树枝晶组织。EDS分析发现涂层中Fe元素含量高于实际配置量,这是沉积过程中基底材料45钢表面熔化所致。在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性研究表明,对FeConNiCuCr_x(x=0,0.21,1.0,2.15,3)铸态高熵合金和采用数控化沉积制备有FeConNiCuCr_x(x=0,0.21,1.0,2.15,3)高熵合金涂层的45钢试样而言,随着Cr含量增加,Cu含量降低,其耐蚀性逐渐提高,且其耐蚀性都优于45钢,这是由于铸态高熵合金和涂层试样表面形成较多的Cr氧化物钝化膜,从而使其耐蚀性提高。还发现涂层的厚度增加也有助于提高耐蚀性,这主要是沉积层数的增加使涂层的均匀性和抗侵蚀能力提高所致。
【关键词】:电火花数控化沉积 高熵合金 涂层 耐蚀性
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG174.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 1 绪论9-21
  • 1.1 课题研究的背景及意义9-10
  • 1.2 高熵合金形成的理论依据10-11
  • 1.3 高熵合金研究进展11-13
  • 1.4 高熵合金涂层的研究进展和制备方法13-19
  • 1.4.1 高熵合金涂层的研究进展13-14
  • 1.4.2 高熵合金涂层的制备方法14-19
  • 1.5 本文研究的主要内容19-21
  • 2、实验材料与方法21-27
  • 2.1 引言21
  • 2.2 研究方案21-22
  • 2.3 铸态高熵合金成分设计22
  • 2.4 铸态高熵合金的制备22-23
  • 2.5 高熵合金涂层的制备23-25
  • 2.5.1 制备FeConNiCuCr_x涂层的工艺参数23-25
  • 2.5.2 FeConNiCuCr_x涂层沉积的过程25
  • 2.6 微观结构和耐腐蚀性能表征25-27
  • 2.6.1 X射线衍射分析25-26
  • 2.6.2 扫描电镜和能谱分析26
  • 2.6.3 动电位极化曲线测试26-27
  • 3 FeConNiCuCr_x铸态高熵合金的微观结构27-36
  • 3.1 引言27
  • 3.2 FeConNiCuCr_x铸态合金的XRD分析27-28
  • 3.3 FeConNiCuCr_x铸态合金的显微组织28-35
  • 3.4 本章小结35-36
  • 4 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层微观结构36-46
  • 4.1 引言36
  • 4.2 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层XRD分析36-40
  • 4.3 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层的表面及截面形貌40-45
  • 4.3.1 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层的表面形貌40-42
  • 4.3.2 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层截面组织42-45
  • 4.4 本章小结45-46
  • 5 FeConNiCuCr_x高熵合金及其涂层耐蚀性能46-57
  • 5.1 引言46
  • 5.2 FeConNiCuCr_x高熵合金耐蚀性能研究46-50
  • 5.2.1 FeConNiCuCr_x高熵合金极化曲线46-48
  • 5.2.2 FeConNiCuCr_x铸态高熵合金的腐蚀形貌48-50
  • 5.3 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层的耐腐蚀性研究50-55
  • 5.3.1 FeConNiCuCr_x高熵合金涂层的极化曲线50-53
  • 5.3.2 FeCoNiCu Crx高熵合金涂层的腐蚀形貌53-55
  • 5.4 本章小结55-57
  • 6 结论及展望57-59
  • 6.1 研究结论57
  • 6.2 工作展望57-59
  • 致谢59-60
  • 参考文献60-64
  • 攻读学位期间的研究成果64

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