表面织构对CoCrNi和CoCrFeMnNi合金摩擦学行为的影响

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高熵合金是一种性能优异,潜在应用领域广泛的新型合金,在摩擦学行为研究方面一直热点话题,其现阶段高熵合金主要是作为基体或者涂层进行摩擦学行为研究,与表面处理技术相结合的研究较少,而表面织构化处理技术在改善材料表面的摩擦学性能有着显著性的效果。因此,本文采用机械性能良好的CoCrFeMnNi高熵合金作为研究对象,并与CoCrNi中熵合金进行比较,研究表面织构对CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金摩擦学行为的影响。本文采用激光加工技术在CoCrNi中熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金表面制备不同工艺参数的凹坑织构图案,运用正交实验设计方法评估了表面织构不同工艺参数对两种合金磨损失重的影响,分析了处理前后两种合金的材料学特征,评价了基体与表面织构化的两种合金在干摩擦条件下的摩擦学行为。主要研究内容和结果如下:(1)采用正交实验设计安排了表面织构化的工艺,研究了织构形状、织构面积以及织构间距对CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金磨损失重的影响规律,得到了两种合金的最优工艺均为:织构形状为正方形、织构面积为70686μm~2、织构间距为1200μm。此外,CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金均为单一FCC相的面心立方固溶体,其晶格常数分别为~3.561(?)和~3.592(?),显微硬度分别为268.66 HV0.05和204.38 HV0.05,而且,表面织构化处理后两种合金基体的显微硬度略微有所提高,其显微硬度分别提高了11.63%和11.25%左右,这主要与激光烧蚀加工技术的作用机制有关。(2)在干摩擦条件下,CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金分别与Si3N4陶瓷球对磨后,不同工艺参数下处理的对比试样其摩擦系数较基体的略大,即凹坑织构不具有减摩作用,这与表面织构化处理后合金表面粗糙度增加有关,但处理后对比试样的磨损失重和比磨损率均低于两种基体,表现出更好的耐磨性。其中,表面织构化处理后CoCrNi中熵合金的磨损失重和比磨损率降低程度最小的,也分别达到了34.46%和10.49%,而表面织构化处理后CoCrFeMnNi高熵合金的磨损失重和比磨损率降低程度最小的,也分别达到了28.16%和13.97%,这与表面织构的作用机制有关,即在干摩擦条件下,凹坑织构的存在起到捕捉磨屑,降低接触面积的作用,有效地降低了CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金表面的磨损损伤。(3)在干摩擦条件下,CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金与Si3N4陶瓷球对磨后,表面均存在连续的磨痕,而处理后的试样表面不存在连续的磨痕,这归因于凹坑织构的存在阻断了磨痕的连续性。此外,在干摩擦条件下,处理前后CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金的磨损机理均为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损与氧化磨损,只是两种合金的磨损程度有所不同,且处理后试样的磨损程度均低于基体的。综上所述,激光加工技术对提高CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金的力学性能有略微的积极效果,表面织构化在改善CoCrNi和CoCrFeMnNi两种合金的耐磨性方面体现出显著性的积极效果。
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