CN114032482B - 一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法，该方法是指：将材质为AlCoCrFeNi铸态合金的高熵合金基体进行预处理后，利用抛丸器将高速运动的钢丸连续冲击其表面，即可得到AlCoCrFeNi高熵合金抛丸试样，该AlCoCrFeNi高熵合金表面强化层在稳定磨损阶段展现出近于零磨损的行为特征。本发明操作过程简单，适合工业化生产，经抛丸强化后的AlCoCrFeNi高熵合金具有良好的耐磨性能，可以用于强化各种机械零件表层结构，对提高苛刻环境中机械部件的减摩抗磨性能具有重要意义。

Description

一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法。
背景技术
相比传统合金，高熵合金的设计理念和元素选择更加开阔，极大地提高了合金成分的自由度，故促进了具有特殊性能及复杂组织合金的开发进程。由于高熵合金能很好地平衡高硬度与良好韧性共存的问题，高熵合金具有诸多优异性能，如优异的耐高温性、耐磨性、耐腐蚀等，因此，高熵合金的应用十分广泛。
表面强化是通过改善机械零件表层组织结构，提高其机械性能的工艺方法。如：在零件表层引入一定的残余应力，增加表面硬度，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。常见的表面强化方法包括表面热处理、化学处理和机械处理等。
将高流速运动的珠丸连续冲击被强化工件表面，使靶材表层的显微组织结构发生循环改性，形成冷硬层，从而提高机械疲劳寿命，防止零部件疲劳失效、塑性变形与脆断的工艺称为抛丸强化。抛丸强化可显著提高金属材料的表面硬度和疲劳强度等力学性能。当前关于高熵合金本体材料的研究和发展十分迅猛，然而关于抛丸强化处理高熵合金的工作尚未见报道。作为一种工艺相对简便的表面处理方案，抛丸处理可能改善高熵合金在某些实际工况下的的表面防护如抗磨等性能，从而拓展高熵合金本体材料的用途。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可工业化生产、操作过程简单的AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法，其特征在于：将材质为AlCoCrFeNi铸态合金的高熵合金基体进行预处理后，利用抛丸器将高速运动的钢丸连续冲击其表面，即可得到AlCoCrFeNi高熵合金抛丸试样，该AlCoCrFeNi高熵合金表面强化层在稳定磨损阶段可展现出近于零磨损的行为特征。
所述AlCoCrFeNi铸态合金是采用真空电弧熔炼技术制备的。
所述预处理是指采用弱酸性水基除油剂对所述高熵合金基体进行除油，然后经抛光除锈、蒸馏水洗涤，最后经丙酮溶剂洗涤即可。
所述钢丸的粒度为0.2~3.0 mm，其材质为430型铁素体。
所述钢丸的运动速度为50~80 m/s，冲击时间为25~35 min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以含有大量FCC相和极少量BCC相的AlCoCrFeNi铸态高熵合金为原料（如图1所示），通过抛丸强化技术制备了含有FCC相的经抛丸处理后AlCoCrFeNi铸态高熵合金。经抛丸强化后的含有FCC相的AlCoCrFeNi铸态高熵合金的晶粒细化、表面硬度增大、耐磨性增强（如图2所示），适用于要求疲劳寿命长和耐磨性能良好的机械部件。
2、将摩擦学实验证明，本发明经抛丸强化后的AlCoCrFeNi高熵合金具有良好的耐磨性能。
3、本发明操作过程简单，适合工业化生产，可以用于强化各种机械零件表层结构，对提高苛刻环境中机械部件的减摩抗磨性能具有重要意义。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明所用的AlCoCrFeNi铸态高熵合金的XRD图谱。
图2 为本发明实施例抛丸强化后AlCoCrFeNi高熵合金的XRD图谱。
图3 为本发明实施例抛丸强化后AlCoCrFeNi高熵合金在干摩擦条件下的摩擦系数随时间变化的曲线图。
图4 为本发明实施例抛丸强化后AlCoCrFeNi高熵合金在干摩擦条件下的磨痕深度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法：
将材质为AlCoCrFeNi铸态合金的高熵合金基体进行预处理。先采用弱酸性水基除油剂对高熵合金基体进行除油，然后经抛光除锈、蒸馏水洗涤，最后经丙酮溶剂洗涤即可。
预处理后的高熵合金基体利用抛丸器将运动速度为50~80 m/s的钢丸连续冲击其表面，冲击时间为25~35 min，即可得到表面硬度增大、耐磨性增强的AlCoCrFeNi高熵合金抛丸试样。该AlCoCrFeNi高熵合金表面强化层在稳定磨损阶段可展现出近于零磨损的行为特征。
其中：AlCoCrFeNi铸态合金是采用常规真空电弧熔炼技术制备的市售产品。所得AlCoCrFeNi铸态高熵合金进行XRD测试，如图1所示，该合金结构由大量的FCC相和极少量的BCC相组成。
抛丸器采用青岛黄河铸造机械厂生产的3024型设备。
钢丸的粒度为0.2~3.0 mm，其材质为430型铁素体。
实施例 一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法：
将AlCoCrFeNi铸态高熵合金板材机械加工为尺寸为Φ24.0 mm×8.0 mm的圆柱体试样，然后进行预处理。具体过程如下：先采用弱酸性水基除油剂对高熵合金基体进行除油，然后经抛光除锈、蒸馏水洗涤，最后经丙酮溶剂洗涤即可。
预处理后的高熵合金基体利用抛丸器将运动速度为80 m/s的钢丸连续冲击其表面，冲击时间为30 min，即可得到表面硬度增大、耐磨性增强的AlCoCrFeNi高熵合金抛丸试样。
对所得试样进行XRD测试，如图2所示，可以看出：抛丸强化后该合金物相保持稳定，且由XRD图谱中衍射峰宽化可知抛丸强化促使该合金表面晶粒细化、表面硬度增大、耐磨性增强。
对所得试样采用微动摩擦磨损试验机（SRV-Ⅳ型，Optimol油脂公司，德国）进行摩擦学性能考察，摩擦条件为大气环境下干摩擦。
选用直径10 mm的Si3N4球作为对偶球，与经抛丸处理后AlCoCrFeNi铸态高熵合金组成摩擦配副，环境温度为25 ℃，摩擦频率为15 Hz，法向载荷为10 N，往复行程为2 mm，测试时长为10 min。测试结果如图3~4所示。
由图3可知，在磨合磨损阶段，摩擦系数波动剧烈，在第100 s后的稳态磨损阶段，摩擦系数逐渐稳定。干摩擦条件下，经抛丸处理后AlCoCrFeNi高熵合金在稳定磨损阶段的平均摩擦系数为1.06。
由图4可知，在稳定磨损阶段，该合金的磨痕深度增长十分缓慢，材料表面的磨损率几近为零。因此，抛丸处理的表面强化层可有效降低磨损速率。

Claims (2)

1.一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法，其特征在于：将材质为AlCoCrFeNi铸态合金的高熵合金基体进行预处理后，利用抛丸器将高速运动的钢丸连续冲击其表面，即可得到具有FCC相的AlCoCrFeNi高熵合金抛丸试样，该AlCoCrFeNi高熵合金表面强化层在稳定磨损阶段展现出近于零磨损的行为特征；所述AlCoCrFeNi铸态合金由FCC相和BCC相构成，是采用真空电弧熔炼技术制备的；所述钢丸的粒度为0.2~3.0 mm，其材质为430型铁素体；所述钢丸的运动速度为50~80 m/s，冲击时间为25~35 min。
2.如权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi高熵合金表面强化方法，其特征在于：所述预处理是指采用弱酸性水基除油剂对所述高熵合金基体进行除油，然后经抛光除锈、蒸馏水洗涤，最后经丙酮溶剂洗涤即可。
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