【《高熵合金涂层分析文献综述》3600字】

高熵合金涂层研究文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u17299高熵合金涂层研究文献综述 177601高熵合金涂层研究现状 1110711.1热喷涂技术 236301.2磁控溅射技术 2257561.3激光熔敷技术 3200482高熵合金涂层的性能 3189822.1力学性能 3276462.2耐腐蚀性能 3178842.3热稳定及抗氧化性能 4152982.4耐磨损性能 419066参考文献 41高熵合金涂层研究现状上世纪80年代初期台湾著名学者叶均蔚[1]首次正式提出了高熵合金的基本概念，高熵合金主要指由至少5种主要化学元素按照等原子数的比或其他接近等熵的原子比比例所结合组成的合金，且每种主元金属元素的原子含量在5%~35%之间的一种无序化学合金。传统的金属合金由大量复杂的金属间化合物所组成，而高熵合金的组织则主要是由简单结构相所组成。而且依靠原子延迟扩散效应及高熵效应，高熵合金涂层变得更容易加工制备并更容易形成诸如体心立方(bcc)、面心立方(fcc)或密排立方(hcp)等各种单相合金固溶体[2]。虽然高熵合金表现出多方面的优异性能，但是其制备成本高，这也导致了高熵合金在实际应用中受到了很大限制。但是高熵合金的特点是其化学性能、硬度、耐磨性、热稳定性以及抗氧化性等方面都远超了传统的合金性能，因而诸多科研学者把他们的研究重心从高熵合金块体向高熵合金涂层转移。叶均蔚等人[3]通过研究利用热喷涂工艺制备了NixCo0.6Fe0.2CrySizAlTi0.2高熵合金涂层，并将高熵合金涂层与铸态高熵合金进行对比，结果显示高熵合金的涂层组织主要为bcc相，并且该涂层中组织的硬度平均值与其同成分的铸态合金材料所形成的组织硬度平均值相近。蔡铭洪[4]等人首次首次利用磁控溅射的方法设计和制备了高熵合金的涂层，并利用XRD分别对比了高熵合金涂层的组织与高熵合金块体的组织，结果显示两种合金组织都是由简单的bcc和fcc相组成。张晖等[5]利用激光熔覆技术设计制备了FeCoNiCrAl2Si高熵合金涂层，并在之后对涂层进行了退火处理，热处理温度为600-1000℃，退火后对该涂层的组织与性能进行检测和分析，结果显示此高熵合金涂层的制备工艺方法所获得的高熵合金涂层中的各种金属间化合物分子析出量较少，且涂层是呈现出有序的bcc结构。激光熔覆技术所制备的材料涂层物质结构平整，高温稳定性好，硬度也比较高，且在进行退火热处理后还能够观察得到晶粒细化现象[6,7]。目前主流的高熵合金涂层制备方法有热喷涂技术，磁控溅射技术和激光熔覆技术。1.1热喷涂技术热喷涂技术主要是将被涂覆的材料经过加热到熔融状态，再将其喷射到基材表面进行沉淀而形成涂层的方法[8](图1)。这种制备工艺具有快速冷却的优点，该技术特点是可以有效地限制元素的偏析，抑制各种金属间化合物的形成，最终促进单一固溶体的产生[9]。Ang等[10]将高熵合金利用机械化合金的方法研磨出来形成纳米粉末，之后再通过等离子喷涂技术制备了MnCoCrFeNi和AlCoCrFeNi涂层。分析研究结果表明，涂层结构类型为fcc和bcc固溶体双相，组织均匀且其孔隙量比较少，而且其涂层的硬度值最高可以达到4.42GPa。对比前一种新型的制备技术不仅大大减少了其在工艺上的缺陷，而且使得涂层产品具有更加卓越的性能[2]。图1热喷涂制备工作示意图1.2磁控溅射技术磁控溅射方法是利用了溅射效应，制备时以高能颗粒轰击目标，使得对象表面的原子散布或逸出，并最终在基板上形成涂层。在真空室中用磁控溅射的方法制备高熵合金涂层，使等离子体在受控磁场中轰击物体使其释放出可以继续与靶材碰撞的次级电子，次级电子与靶材发生碰撞、电离后所产生的等离子再通过靶材进行连锁反应，而在相互之间进行连锁反应的同时溅射出来的靶材则会沉积在基体的表面而形成涂层。这种涂层制备工艺方法的优势是基体升温慢，涂层沉淀快，结构连续致密且容易有效地控制涂层的厚度，但由于涂层的最大厚度有限，无法形成毫米级的较厚的涂层，而且由于涂层的结合强度较差，因此通常制备获得的涂层厚度较低[6]。1.3激光熔敷技术激光熔覆法的工作原理就是将各种成分不一样、性质各异的合金粉末用一种高功率、高能量密度激光辐射到基体表层材料上,瞬间地融入到基材的表层。被激光照射后，金属表面迅速熔化并扩大熔覆的材料和金属基材的表面，凝固后再在金属基材的表面形成涂层[11]。激光熔覆技术充分结合了快速原位成形技术与涂层表面增强技术等优点,实现了涂层快速成形与制造[12]。Shon等[13]在激光熔敷法制备双层陶瓷的实验中受到了启发，并在激光加工过程中预置了双涂层，最终获得了相结构分布均匀的高熵合金涂层。此外，影响涂层相结构的还有一些激光熔敷法的工艺参数，例如激光扫描的速度、激光功率和输出的送料速率[14]。激光熔覆技术的优点是结合能力强、涂层中对元素的偏析量相对较少及在熔覆层内容易得到细小的晶粒，是目前最常用的高熵合金涂层材料制备方法[2]。2高熵合金涂层的性能2.1力学性能高熵合金涂层体现了较之于传统涂层的更好的材料力学特性。经研究，在用于制备高熵合金涂层的材料中,添加一些氮元素会显著地增强其涂层的硬度。2004年，Cheng等[15]首次通过磁控溅射技术制备了(FeCoNiCrCuAl0.5)N涂层，后经大量研究，得到了硬度超过40GPa的含氮的高熵合金涂层。改善方法就是通过在其中添加一定量的氮元素，这种方法可以有效地使得涂层中的氮化物析出并且促进了涂层内部的晶粒细化，显著地提高了涂层的结构和机械力学性能。2.2耐腐蚀性能由于大多数高熵合金涂层中都会添加Ni、Co、Cr等其他耐蚀性材料元素，因此它们会呈现出良好的耐蚀特性。此外，由于高熵合金涂层主要为单一固溶体相，没有复杂的二次相存在，较少会出现微区电偶腐蚀，降低了其腐蚀倾向。目前，为提高高熵合金的耐蚀性能，研究重点主要是在单相固溶物材料基础上增加耐蚀性元素，使得涂层表面获得一层致密的薄膜，从而减轻和降低了外界媒介对其产生的腐蚀作用。此外，高熵合金涂层均匀单相固溶物晶体结构还可以有利于减少涂层产生的微区放射性电偶作用效应的几率[2]。2.3热稳定及抗氧化性能大多数高熵合金涂层仍能够在高温环境下保证其相结构与性能的稳定。这主要是因为其具备高混合熵和其组成元素具有较小的扩散系数，即使是在高温下也很难对其组成元素进行重新分布。此外，通过在高熵合金涂层制备过程中添加一些高温元素也可以促使涂层形成致密的氧化膜，从而提升高熵合金涂层的高温抗氧化能力[2]。2.4耐磨损性能涂层的硬度及其强度可以基本决定了合金涂层在各种条件下的耐磨损性能，高熵合金涂层也因为其较高的硬度及强度而显示出优越的耐磨性。此外在涂层中以固溶体为原料再添加少量的硬质二次相形成的混合物再进行涂层处理，可以有效地提高涂层的耐磨损性能。例如Al2CrFeCoxCuNiTi（x=0.5，1，1.5，2）的耐磨性能是Q235钢的3倍以上[16]。陈国进等[17]通过大量实验分析研究硼对于FeCoCrNiBx涂层的耐磨性能有直接影响，发现随着硼元素的增加，高熵合金涂层的耐磨性能不断提高。这主要是由于硬质硼化物从涂层中析出并在主相附近弥散分布，提高了涂层的强度从而大大提升了高熵合金涂层的耐磨性能。参考文献[1]YEHJW,CHENSK,LINSJ,etal.Nanostructuredhighentropyalloyswithmultipleprincipalelements:Novelalloydesignconceptsandoutcomes[J].Advancedengineeringmaterials,2004,6(5):299-303.[2]黄灿,杜翠薇,代春朵,等.高熵合金涂层的研究进展[J].表面技术,2019,(11):15-21.[3]WangLM,ChenCC,YehJW,etal.ThemicrostructureandstrengtheningmechanismofthermalspraycoatingNixCo0.6Fe0.2CrySizAlTi0.2,high-entropyalloys[J].MaterialsChemistry&Physics,2011,126(3):880-885.[4]黄元盛,蔡铭洪,叶均蔚.AlCoCrCu_(0.5)NiFe高熵合金氧化物薄膜光学特性的研究[J].表面技术,2016(2):129-133.[5]张晖,潘冶,何宜柱.激光熔覆FeCoNiCrAl2Si高熵合金涂层[J].金属学报,2011,47(8):1075-1079.[6]许诠,刘谦,黄燕滨,等.高熵合金涂层的研究现状[J].电镀与涂饰,2019(7):326-333.[7]杨显,蒋杰,胡建军,等.高熵合金涂层的研究进展[J].化学工程与装备,2018(3):214-216.[8]赵钦,马国政,王海斗,等.高熵合金涂层制备及其应用的研究进展[J].材料导报,2017,31(7):65-71.[9]ANZ,JIAH,WUY,etal.Solid-solutionCrCoCuFeNihigh-entropyalloythinfilmssynthesizedbysputterdeposition[J].Materialsresearchletters,2015,64:1-7.[10]ANGASM,BERNDTCC,SESSOML,etal.Plasmasprayedhighentropyalloys:MicrostructureandpropertiesofAlCoCrFeNiandMnCoCrFeNi[J].MetallurgicalandmaterialstransactionsA,2015,46(2):791-800.[11]张光钧,吴培桂,许佳宁,等.激光熔覆的应用基础研究进展[J].金属热处理,2011,36(1):5-13.[12]张国顺.现代激光制造技术[M].北京:化学工业出版社,2006.[13]SHONY,JOSHISS,KATAKAMS,etal.Laseradditivesynthesisofhighentropyalloycoatingonaluminum:corrosionbehavior[J].Materialsletters,2015,142:122-125.[14]吴伟.304不锈钢激光熔覆高熵合金涂层组织与性能研究[D].大连:大连理工大学,2016.[15]CHENGKH,LAICH,LINSJ,etal.Structuralandmechanicalpropertiesofmulti-element(AlCrMoTaTiZr)Nxcoatingsbyreactivemagnetronsputtering[J].Thinsolidfilms,2011,519(10):3185-3190.[16]邱星武,张云鹏,刘春阁．激光熔覆法制备Al2CrFeCoxCuNiTi高熵合金涂层的组织与性能[J]．粉末冶金材料科学与工程,2013,18(5):735-740．[17]陈国进,张冲,唐群华,等.含B量对激光熔覆FeCoCrNiBx(x=0.5,0.75,1.0,1.25)高熵合金涂层组织结构与耐磨性的影响[J].稀有金属材料与工程,2015,44(6):1418-1422.[18]安树春,程汉池,栗桌新,高晨.热喷涂涂层的重熔后处理研究进展[J].表面技术,2009(4):73-77.[19]陈松,董天顺,李国禄,等.热喷涂层的重熔技术及其发展现状[J].焊接技术,2016(5):76-78.[20]王爱华,谢长生,朱蓓蒂,等.激光技术改善等离子喷涂陶瓷层性质的研究与进展[J].激光技术,1995,9(2):124-128.[21]向兴华,尹钟大,朱景川,等.激光重熔对等离子喷涂ZrO2-NiCoCrAlY梯度涂层组织与性能的影响[J].中国腐蚀与防护学报,1999,19(3):173-178.[22]张学秋,宫文彪,刘耀东.激光重熔镍基合金复合涂层组织和性能[J].焊接,2007,2:46-58.[23]HsuCY,ShenTS,YehJW,etal．EffectofironcontentonwearbehaviorofAlCoCrFexMo0.5Nihigh-entropyalloys[J].Wear，2010，268(5/6)：653-659．[24]YeX，MaM，CaoY，etal．Thepropertyresearchonhigh-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