热处理对CrN_FeCoNiCrAl复合涂层硬度和结合性能的影响.pdf

摘要

等离子喷涂作为材料表面工程最常用的技术，用于制备各种功能性涂层，广泛

应用于各行各业的零部件表面强化。等离子喷涂技术因其具有快冷快热、效率高的

特性，在制备涂层过程中容易产生裂纹、孔洞、未融化颗粒和应力等问题，严重降

低涂层的寿命。随着工业技术的发展对零部件的服役环境要求越来越严苛，消除涂

层中的缺陷，提高涂层的性能是非常迫切的。热处理能有效地改变涂层组织的不稳

定性，消除涂层中的残余应力，提升涂层性能。氮化铬作为一种陶瓷材料增强剂可

以提高涂层材料硬度，改善涂层整体致密结构，增强涂层与基体的结合性能。本课

题采用等离子喷涂技术，在Q235钢表面制备FeCoNiCrAl单层涂层、

CrN+FeCoNiCrAl双层涂层和不同质量分数CrN的复合涂层，系统研究了不同热

处理温度（300℃、400℃和500℃）和保温时长（12h、24h和36h）对涂层硬度和

结合性能的影响规律及作用机理。本文主要的研究结论如下：

（1）未经热处理的FeCoNiCrAl高熵合金涂层主要由主相BCC组成。经过热

处理过程，涂层的物相未见改变。经过长时间的热处理保温时间可以填充涂层内部

的孔隙和缝隙，涂层中的孔隙被Al元素和Cr元素的氧化物填充，涂层中

FeCoNiCrAl相向FeCoNiCr相转变，提高了涂层的硬度性能。热处理500℃保温

36h的FeCoNiCrAl涂层样品的强化效果最好，表面的洛氏硬度为86HRB，截面的

涂层与基体处的显微硬度为207HV，并且热处理改善了涂层表面的脱落情况，且

涂层脱落后与基体发生粘连现象。

（2）CrN+FeCoNiCrAl双层涂层整体结构致密，中间CrN涂层与FeCoNiCrAl

涂层和体结合良好，没有明显的缝隙。受热处理影响，CrN涂层中的裂纹被Cr元

素的氧化物填充，双层涂层与基体的缝隙形成Fe-Cr固溶体，提升了界面结合力。

热处理500℃保温36h的双层涂层样品的强化效果最好，表面的洛氏硬度为89HRB，

截面的涂层与基体处的显微硬度为331HV。热处理改善了涂层的脱落情况，基体

中的Fe元素向CrN涂层内部扩散，提升了涂层与基体之间的结合力。

（3）三种涂层硬度强化最优的是经过500℃保温36h的CrN+FeCoNiCrAl双

层涂层样品，三种涂层结合性能最优的是经过500℃保温36h的

15wt%CrN/FeCoNiCrAl复合涂层样品，综合性能最优的是经过500℃保温36h的

15wt%CrN/FeCoNiCrAl复合涂层样品。

关键词：等离子喷涂，热处理，FeCoNiCrAl高熵合金，CrN材料，硬度，结合性能

Effectofheattreatmentonhardnessandbondingpropertiesof

CrN/FeCoNiCrAlcompositecoatings

Abstract

Plasmaspraying,asthemostcommonlyusedtechnologyinmaterialsurface

engineering,isusedtopreparevariousfunctionalcoatingsandiswidelyusedinparts

surfacestrengtheninginallwalksoflife.Becauseofitsfastcooling,fastheatingandhigh

efficiency,plasmasprayingtechnologyiseasytoproducecracks,holes,unmelted

particlesandstressintheprocessofcoatingpreparation,whichseriouslyreducesthelife

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