原位合成碳化物增强高熵合金微观结构和耐磨损行为研究

选用AlMoZrSi高熵合金粉末和Cr3C2合金粉末作为熔覆原材料。利用等离子熔覆技术在TC11钛合金表面制备原位合成MC型碳化物增强熔覆层，并对其微观组织和物相特征进行表征。此外，还和基体对比研究了显微硬度和耐磨损性能。结果显示：AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金熔覆层均由BCC基体相和原位合成的MC型碳化物增强相构成。根据显微硬度和磨损率测试显示：AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金的平均显微硬度分别是846.33 HV，1009.27 HV，分别是基体显微硬度390.3 HV的2.17和2.56倍，磨损率分别为2.176 × 10−7 mm3/N/m和1.979 × 10−7 mm3/N/m，相较于基体分别提高了19.2%和26.5%。AlMoZrSi(Cr3C2)0.1高熵合金熔覆层具有优异的综合力学性能。

TC1 钛合金以其优异的强度和抗蠕变特性而广泛用于航空发动机叶片，压气机盘和叶盘等重要部件上[1]。然而，TC11 的硬度较低，耐磨损性能较差，对于其作为原材料生产的零部件长期服役于恶劣的环境中，如长期承受交变载荷和高温高压的耦合作用，极易造成零件表面的磨损损伤或失效，甚至造成灾难性事故[2]。因此，采用表面改性技术在零件表面熔覆高性能的熔覆层，提高零件的表面强度和抗磨损性能是非常有必要的[3]。据报道，表面改性技术主要以激光熔覆、冷/热喷涂、磁控溅射、电火花沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和等离子熔覆等[4] [5] [6] [7]。等离子熔覆技术可以实现基体和熔覆材料的高强度冶金结合，组织致密，熔覆缺陷少，并且其具有的热转化效率高、成本低、熔覆材料范围广泛、对工作环境要求低等特点，使其在工业生产和科学研究中得到了广泛应用[8]。

高熵合金自从被提出以来，因其具有独特的微观结构和优异的综合力学性能而收到了研究者的极大关注[9]。高熵合金所具有的四大效应，使其能够倾向于形成体心立方结构(BCC)，面心立方结构(FCC)和密排六方结构(HCP) [10]。研究表明，高熵合金具有良好的抗氧化性和耐磨损性能，并且有望成为航空航天领域的新型材料。然而，为了使高熵合金具有更加优异的耐磨损性能和力学性能，近年来，广泛的学者通过向高熵合金中添加碳化物， 使其产生碳化物增强相而提高综合性能成为了研究热点。

李想等[11]通过离子熔覆制备WC 增强镍基合金涂层， 发现该熔覆层的硬度是基体的4~6 倍。

Yan 等[12]探讨了WC含量对不锈钢表面激光熔覆镍基熔覆层的影响，结果表明，WC 含量的增加导致熔覆层的显微硬度和耐磨损性能均有显著的提升。但是，对于向高熵合金中添加碳化物，原位合成其他形式的碳化物增强相的研究较少。

研究表明，适量Al 元素的添加可导致高熵合金体系向BCC 结构转变，并且可提高合金耐磨损性能