CN118639232A - 一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法 - Google Patents
一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及钢构件表面耐磨损涂层的制备领域，特别是涉及一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法。基体材料采用钢，电火花沉积用电极为等摩尔比的钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉烧结而成的CoCrFeNiW高熵合金电极，采用电火花沉积技术，在钢基体表面沉积包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层。本发明涂层与钢基体为结合力强的冶金结合，纳米级氧化铬能增强涂层的硬度，使涂层具有更好的减摩耐磨效果，有利于解决钢构件在摩擦磨损环境下表面的磨损问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢构件表面耐磨损涂层的制备领域，特别是涉及一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，可应用于实现对钢制零件表面的涂覆，对零件表面有显著的减摩耐磨效果。
背景技术
随着装备速度、载重等各项技术指标要求的不断提高，一些重要装备的关键零部件如火炮身管、装甲车辆轴承等，长期处于高速摩擦、高温烧蚀、重载等环境中，其服役时长直接影响整个装备的寿命。这类关键零部件具有制造成本高、制造工艺复杂的特点，如何延长其在高速摩擦磨损、高温氧化等环境下的寿命，是军工材料学领域丞待研究解决的问题。
高熵合金以其高硬度、优异的耐磨性、高温抗氧化性等优异的性能和应用潜力吸引了科研人员的广泛关注，目前已成为材料学科领域研究的热点。由于高熵合金中大多含有镍、钴等价格较高的元素，使大体积的块状高熵合金成本过高，并且高熵合金的制备方法复杂，因此高熵合金不能广泛应用于军工装备工业生产中。尤其一些关键部件制造工艺复杂，导致其制造更换周期长，这些对于服役时的应急需要是极为不利的。高熵合金涂层既能避免高价金属的使用，又能继承高熵合金的优异性能。
电火花沉积技术可在金属基体表面制备具有冶金结合的性能优异的涂层，具有以下优点：(1)设备简单、造价低；(2)沉积层与基体为冶金结合，不会发生剥落现象；(3)对工件心部温度影响不大，无组织和性能变化，工件不会退火和变形；(4)耗能少、材料消耗低，而且电极材料可以根据用途广泛选择；(5)可以用来修复磨损件，对工件无大小限制，尤其适合特大型工件的局部处理；(6)操作简便、安全，对操作人员技术要求不高；(7)不污染环境，噪音小；(8)强化层厚度和表面粗糙度可通过调节电气参数及控制强化时间等获得不同的工艺效果；(9)零件强化修复成本远低于更换零件成本。可广泛应用于武器装备、航空航天、电子通信及海洋船舶等领域，尤其在应急修复处理方面，既便捷又高效。近期研究表明，应用电火花沉积技术制备的AlCoCrFiNi高熵合金涂层、TiN涂层、Zr基非晶-纳米晶涂层、Ni-WS2、Mo-Si-B涂层、Cr-Al-Si-B涂层、Ni-MoS2涂层，能够显著提高基体材料的摩擦磨损、耐高温等性能。
发明内容
本发明旨在于提供一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，获得的高熵合金涂层能够解决在摩擦磨损环境下钢基体材料表面的摩擦磨损问题，保障钢构件的安全、有效运行，降低生产和维护成本。
本发明的技术方案是：
一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，基体材料采用钢，电火花沉积用电极为CoCrFeNiW高熵合金电极，采用电火花沉积技术，在钢基体表面沉积包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，采用等摩尔比平均粒度为300～500nm的钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉，利用放电等离子烧结技术烧结而成CoCrFeNiW高熵合金电极，压制后电极的烧结温度为1050～1100℃，烧结时间10～20min，烧结压力4～6吨。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，纳米级氧化铬弥散分布于CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬的质量百分含量为(3～5)％。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，具体步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300～600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用；
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300～600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用；
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为800W～1200W，输出电压为40V～80V，电极转速1800～2200转/min，沉积速率为2～4min/cm2。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，通过改变工艺参数和氩气流量，来调节CoCrFeNiW高熵合金涂层中氧化铬的含量。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬的质量百分含量为3～5％。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬尺寸为纳米级。
所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，氩气流量为8～12L/min。
本发明的设计思想是：
本发明核心思想是利用电火花技术的优势，借助于高熵效应和纳米级氧化铬弥散强化相的协同作用，得到减摩耐磨性能极佳的涂层。具体如下：金属铬吉布斯自由能较低，容易氧化，纳米级的氧化铬硬度高，具有良好的弥散强化效果。本发明利用电火花沉积技术的优势，即在沉积过程中能够产生超细晶甚至纳米级晶组织使涂层力学性能增强，最大限度的发挥高熵合金、氧化铬的协同作用。同时，基体与涂层冶金结合的结合力强，沉积设备价格低，操作简便，便于工业化应用等。此外，本发明的显著优势是通过在电火花沉积过程中控制氩气的流量，允许电火花在沉积过程中空气中有部分氧气参与反应，使涂层原位生成一定量的纳米级氧化铬弥散强化相，从而进一步提高涂层的耐磨性能。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明研制出的涂层与钢基体为结合力强的冶金结合，不易剥落，且不影响基体的力学性能；
2、本发明研制出的涂层含有原位形成的纳米级强化相氧化铬，能够进一步提高涂层的力学性能，使涂层具有高硬度达到9.3GPa以上，H/E达到0.04以上，H3/E2达到0.015以上；
3、本发明研制出的涂层具有优异的减摩耐磨效果；
4、本发明研制出的涂层，制备工艺简便，容易实现工业化应用。
附图说明
图1为CrNi3MoVA钢表面电火花沉积CoCrFeNiW高熵合金涂层在扫描电子显微镜(SEM)低倍率(a)和高倍率(b)下的表面形貌。
图2为CrNi3MoVA钢表面电火花沉积CoCrFeNiW高熵合金涂层的截面形貌(a)及线扫描能谱图(b)。图中，横坐标为至CrNi3MoVA钢表面的距离(μm)，纵坐标cps代表相对强度。
图3为CoCrFeNiW涂层的XRD图谱。图中，横坐标2θ代表衍射角(degree)，纵坐标Intensity代表相对强度(a.u.)。
图4为不同温度下CoCrFeNiW氧化物的吉布斯自由能变化。图中，横坐标Temperature代表温度(K)，纵坐标Gibbs free energy代表吉布斯自由能(kJ mol-1)。
图5为CrNi3MoVA钢(a)与CoCrFeNiW涂层(b)在3N、6N和9N下的摩擦系数。图中，横坐标Time代表时间(min)，纵坐标Friction coefficient代表摩擦系数。
图6为CrNi3MoVA钢和CoCrFeNiW涂层的磨损形貌。
图7为SEM低倍率(a)和高倍率(b)下CrNi3MoVA钢的磨损形貌.。
图8为SEM低倍率(a)和高倍率(b)、(c)下CoCrFeNiW涂层的磨损形貌。图8(b)为图8(a)中放大后的区域G，图8(c)为图8(a)中放大后的区域H。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明采用CoCrFeNiW高熵合金电极，采用电火花沉积技术，通过控制电压、功率和保护气体流量，在钢基体表面制备包含氧化铬的涂层。下面，结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
基体材料采用CrNi3MoVA钢，采用钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉(粒度为400nm)一起经放电等离子体烧结成高熵合金材料电极，高熵合金材料电极中钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉的原子比例为等摩尔比，压制后电极的烧结温度为1080℃，烧结时间10min，烧结压力5吨。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层制备步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为800W，输出电压为60V，电极转速2000转/min，氩气流量为12L/min，沉积速率为2min/cm2。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层各元素的原子百分比为Co:Cr:Fe:Ni:W＝17.40:14.44:32.6:19.46:16.1，其中氧化铬含量约为3.6wt％，涂层硬度为9.78GPa，与基体比较，CoCrFeNiW涂层硬度提高了约1.1倍，弹性模量降低了11.6％。
如图1所示，不同倍率下观察电火花沉积CoCrFeNiW高熵合金涂层的表面形貌。由于涂层熔液的快速凝固，CoCrFeNiW沉积涂层上出现了典型的飞溅特征(箭头标记)，导致涂层表面不均匀。如图1(a)所示，CoCrFeNiW涂层上形成了一些微球斑，放大两个微球斑之间的区域A，如图1(b)所示，微球斑表面是致密且均匀的，并且两个微球斑之间的表面存在一些纳米级的微孔。如表1所示，CoCrFeNiW涂层三个区域的EDS结果，分别为图1(a)中的C、图1(b)中的D、E。
表1
| Element | Co(at％) | Cr(at％) | Fe(at％) | Ni(at％) | W(at％) |
| C | 17.40 | 14.44 | 32.60 | 19.46 | 16.10 |
| D | 6.10 | 48.69 | 32.76 | 8.40 | 4.05 |
| E | 17.26 | 13.12 | 34.08 | 19.58 | 15.96 |
由表1中可以看出，C区和E区Co、Cr、Fe、Ni、W的含量几乎相同，但Fe的含量远远高于其他四种元素，这是因为基体中含有大量的铁元素，Cr的含量是其他四种元素中最低的。而Cr的含量在D区是最高的。
如图2(a)所示，CoCrFeNiW涂层与基体形成了牢固的冶金结合，涂层内部致密无缺陷。如图2(b)所示，Co、Cr、Fe、Ni、W元素含量在涂层与基体间呈梯度变化，表明涂层与基体性能融合度良好。
如图3所示，CoCrFeNiW涂层的XRD谱。由图3可以看出，沉积的CoCrFeNiW涂层由FCC和氧化铬组成。
如图4所示，不同温度下CoCrFeNiW氧化物的吉布斯自由能变化。由于Cr氧化物的吉布斯自由能较低，CoCrFeNiW涂层由FCC和氧化铬组成，说明在CoCrFeNiW涂层沉积过程中发生了氧化。如图1(b)和表1所示，结合D区的EDS结果，可以推断出氧化铬介于两个微球斑之间，且尺寸属于纳米级，见图1(b)。因此，EDS结果与CoCrFeNiW涂层的XRD谱图一致，涂层中形成纳米级氧化铬有利于提高金属的耐磨性。
表2为CrNi3MoVA钢及CoCrFeNiW涂层的纳米力学性能。
| Samples | 硬度H(GPa) | 弹性模量E(GPa) | H/E | H3/E2 |
| CrNi3MoVA | 4.68 | 262.8 | 0.0178 | 0.0015 |
| CoCrFeNiW coatings | 9.78 | 232.3 | 0.042 | 0.017 |
如表2所示，CrNi3MoVA钢及CoCrFeNiW涂层的纳米力学性能。与CrNi3MoVA钢相比，CoCrFeNiW涂层的硬度提高了约1.1倍，弹性模量降低了11.6％，这有利于提高CoCrFeNiW涂层的H/E和H3/E2这两个与材料摩擦磨损性能相关的主要参数。
如图5所示，CrNi3MoVA钢与CoCrFeNiW涂层在3N、6N和9N下的摩擦系数。采用HSR-2M往复式摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离10mm，往复速度500r/min，载荷3N、6N和9N，摩擦时间10min，对磨件为Φ4mm的GCr15钢球。如图5(a)所示，在前10分钟，载荷的变化对CrNi3MoVA钢的摩擦系数几乎没有影响，在此之后，三者的摩擦系数都开始减小，其中9N时的摩擦系数减小最大。如图5(b)所示，CoCrFeNiW涂层在6N和9N时的摩擦系数处于相同的稳态，且远小于3N时的摩擦系数。与CrNi3MoVA钢相比，CoCrFeNiW涂层在6N和9N时具有减摩效果。CoCrFeNiW高熵合金涂层的摩擦系数为0.46～0.49，基体的摩擦系数为0.65～0.71。
如图6所示，CrNi3MoVA钢和CoCrFeNiW涂层的宏观上的磨损形貌。随着载荷的增加，CrNi3MoVA钢表面磨削痕迹的宽度越来越大。相比之下，CoCrFeNiW涂层表面很难观察到磨损痕迹。将CoCrFeNiW涂层样品放入酒精和丙酮混合物的容器中，用超声波清洗30分钟，用灵敏度为10-5g的电子天平测量，重量没有减轻。对磨损的CoCrFeNiW涂层进行增重测量，结果显示一些磨损碎屑牢固地附着在CoCrFeNiW涂层表面。因此，CoCrFeNiW涂层比CrNi3MoVA钢表现出显著的耐磨性。
如图7所示，SEM低倍率(a)和高倍率(b)下CrNi3MoVA钢的磨损形貌。由于摩擦碎屑堆积在CrNi3MoVA钢表面，发生了严重的塑性变形，并产生了沟槽。将图7(a)中的F区域放大得到图7(b)，在图7(b)中可以清晰地观察到CrNi3MoVA钢磨损表面的剪切唇，磨损特征表明其主要磨损机制为严重的粘着磨损。
如图8所示，SEM低倍率(a)和高倍率(b)下CoCrFeNiW涂层的磨损形貌。在CoCrFeNiW涂层不平整磨痕中存在大量磨损碎屑(用箭头标记)。图8(b)为图8(a)中放大后的区域G。如图8(b)所示，CoCrFeNiW涂层表面突出部分未见明显划痕。此外，J区的EDS结果表明，CoCrFeNiW涂层的磨损表面比沉积状态下的CoCrFeNiW涂层O元素的含量有所增长，这表明在摩擦过程中CoCrFeNiW涂层表面发生了氧化。图8(c)为图8(a)中放大后的区域H。如图8(c)所示，磨痕中大部分磨损屑的尺寸在10微米以下，磨损屑(I区)的EDS结果显示，磨损屑主要含有Fe、Ni和Cr元素，表明磨损屑是304不锈钢球的磨损产物。因此，CoCrFeNiW涂层的磨损机制是轻微的黏着磨损伴随氧化磨损。
实施例2
基体材料采用45号钢，采用钴粉钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉(粒度为500nm)一起经放电等离子体烧结成高熵合金材料电极，高熵合金材料电极中钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉的原子比例为等摩尔比，压制后电极的烧结温度为1060℃，保温时间为15min，烧结压力5吨。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层制备步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为1000W，输出电压为80V，电极转速2000转/min，氩气流量为8L/min，沉积速率为3min/cm2。
采用HSR-2M往复式摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离10mm，往复速度500r/min，载荷3N、6N和9N，摩擦时间8min，对磨件为Φ4mm的GCr15钢球。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层各元素的原子百分比为Co:Cr:Fe:Ni:W＝17.35:15.47:32.63:17.43:17.12，其中氧化铬含量约为4.6wt％，涂层硬度为9.32GPa，摩擦系数为0.49～0.58，45号钢基体的摩擦系数为0.73～0.79。
实施例3
基体材料采用Q235钢，采用钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉(粒度为500nm)一起经放电等离子体烧结成高熵合金材料电极，高熵合金材料电极中钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉的原子比例为等摩尔比，压制后电极的烧结温度为1100℃，保温时间为15min，烧结压力5吨。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层制备步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行480秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行480秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为1200W，输出电压为80V，电极转速2000转/min，氩气流量为10L/min，沉积速率为4min/cm2。
采用HSR-2M往复式摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离10mm，往复速度500r/min，载荷3N、6N和9N，摩擦时间9min，对磨件为Φ4mm的GCr15钢球。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层各元素的原子百分比为Co:Cr:Fe:Ni:W＝17.17:15.58:32.66:17.39:17.2，其中氧化铬含量约为3.9wt％，涂层的硬度为9.79GPa，摩擦系数介于0.48～0.51之间，Q235钢基体的摩擦系数介于0.72～0.78之间。
实施例4
基体材料采用40Cr钢，采用钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉(粒度为300nm)一起经放电等离子体烧结成高熵合金材料电极，高熵合金材料电极中钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉的原子比例为等摩尔比，压制后电极的烧结温度为1050℃，保温时间为20min，烧结压力5吨。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层制备步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为800W，输出电压为40V，电极转速2000转/min，氩气流量9L/min，沉积速率为4min/cm2。
采用HSR-2M往复式摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离10mm，往复速度500r/min，载荷3N、6N和9N，摩擦时间10min，对磨件为Φ4mm的GCr15钢球。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层各元素的原子百分比为Co:Cr:Fe:Ni:W＝17.65:15.98:32.25:17.01:17.11，其中氧化铬含量约为4.3wt％，涂层的硬度为9.62GPa，摩擦系数为0.49～0.53，40Cr钢基体的摩擦系数为0.77～0.83。
实施例5
基体材料采用H13钢，采用钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉(粒度为500nm)一起经放电等离子体烧结成高熵合金材料电极，高熵合金材料电极中钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉的原子比例为等摩尔比，压制后电极的烧结温度为1080℃，保温时间为15min，烧结压力5吨。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层制备步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用。
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为800W，输出电压为40V，电极转速2000转/min，氩气流量为11L/min，沉积速率为4min/cm2。
采用HSR-2M往复式摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离10mm，往复速度500r/min，载荷3N、6N和9N，摩擦时间10min，对磨件为Φ4mm的GCr15钢球。
本实施例中，CoCrFeNiW高熵合金涂层各元素的原子百分比为Co:Cr:Fe:Ni:W＝16.61:17.98:32.55:16.42:16.44，其中氧化铬含量约为4.1wt％，涂层的硬度为9.97GPa，摩擦系数为0.46～0.51，H13钢基体的摩擦系数为0.71～0.77。
实施例结果表明，本发明CoCrFeNiW高熵合金涂层与钢(如：炮钢CrNi3MoVA等)基体为结合力强的冶金结合，纳米级的氧化铬能够增强涂层的硬度，通过该工艺得到的涂层具有优异的耐磨损性能，使涂层具有更好的减摩耐磨效果，有利于解决钢构件在摩擦磨损环境下表面的磨损问题，易于控制，适合工业化应用。
以上所述仅是本发明较佳可行的实施例而已，不能以此局限本发明之权利范围，所述涂层应用于钢构件表面，能够显著提高钢构件的耐磨损性能，可用于军工、航空航天等领域。因此，依本发明的技术方案和技术思路做出其它各种相应的改变和变形，仍属本发明所涵盖的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，基体材料采用钢，电火花沉积用电极为CoCrFeNiW高熵合金电极，采用电火花沉积技术，在钢基体表面沉积包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层。
2.按照权利要求1所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，采用等摩尔比平均粒度为300～500nm的钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钨粉，利用放电等离子烧结技术烧结而成CoCrFeNiW高熵合金电极，压制后电极的烧结温度为1050～1100℃，烧结时间10～20min，烧结压力4～6吨。
3.按照权利要求1所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，纳米级氧化铬弥散分布于CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬的质量百分含量为(3～5)％。
4.按照权利要求1或2或3所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将切割好的基体材料用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除基体表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300～600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用；
(2)将高熵合金材料电极加工成适合电火花沉积夹持的形状，用砂纸按照240#、400#、600#、800#、1000#、1500#的砂纸逐级打磨，去除电极表面氧化膜；使用粒度为2.5μm的金刚石研磨膏进行抛光处理；抛光后，将基体材料和试样置于酒精容器中，并利用超声波进行300～600秒的清洗；清洗完成后利用风筒进行吹干处理待用；
(3)在氩气保护下进行电火花沉积，具体工艺参数为：输出功率为800W～1200W，输出电压为40V～80V，电极转速1800～2200转/min，沉积速率为2～4min/cm2。
5.按照权利要求4所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，通过改变工艺参数和氩气流量，来调节CoCrFeNiW高熵合金涂层中氧化铬的含量。
6.按照权利要求5所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬的质量百分含量为3～5％。
7.按照权利要求4所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，CoCrFeNiW高熵合金涂层中，氧化铬尺寸为纳米级。
8.按照权利要求4所述的包含氧化铬的CoCrFeNiW高熵合金涂层的电火花沉积制备方法，其特征在于，氩气流量为8～12L/min。
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