激光熔覆SiC陶瓷颗粒增强高熵合金硬度的实验研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240137

摘要/Abstract

摘要：

利用激光熔覆成形技术制备陶瓷颗粒增强高熵合金.采用电子维氏硬度仪测量试件硬度，分析激光工艺参数、SiC陶瓷颗粒增强相含量及Al元素含量对激光熔覆高熵合金硬度的影响.结果表明：高熵合金熔覆层硬度值随激光功率增大变化不明显；随着扫描速度与送粉速率的增大，熔覆层硬度呈逐渐增大趋势；随着SiC陶瓷颗粒增强相含量增加，试件内部产生晶格畸变且微观应力增大，高熵合金硬度明显提升；Al元素对陶瓷颗粒增强高熵合金的性能具有调控作用，可进一步提高合金硬度.

关键词: 激光熔覆, 高熵合金, 陶瓷颗粒, 硬度, SiC

Abstract:

The ceramic particle-reinforced high-entropy alloy was prepared by laser cladding forming technology. The hardness of the specimens was measured using an electronic Vickers hardness tester， and the effects of laser process parameters， reinforcement phase content of SiC ceramic particles， and Al element content on the hardness of the high-entropy alloy by laser cladding were analyzed. The results indicate that the hardness value of the high-entropy alloy’s cladding layer does not show a significant change with the increase in laser power. With the increase in scanning speed and powder feeding rate， there is a gradual upward trend in the hardness of the cladding layer. With the increase in the reinforcement phase content of SiC ceramic particles， lattice distortion occurs in the specimen； the micro-stress increases， and the hardness of the high-entropy alloy increases obviously. Al element has an obvious regulation effect on the properties of ceramic particle-reinforced high-entropy alloy and can further improve the hardness of the alloy.

Key words: laser cladding, high-entropy alloy, ceramic particles, hardness, SiC

中图分类号:

TH 161

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图/表 16

图1 激光熔覆成形原理图

Fig.1 Principle diagram of laser cladding forming

图2 激光熔覆成形系统

Fig.2 Laser cladding forming system

图3 激光熔覆陶瓷颗粒增强高熵合金流程图

Fig.3 Flow chart of ceramic particles-reinforced high-entropy alloy by laser cladding

图4 熔覆层硬度测量示意图

Fig.4 Schematic diagram of cladding layer hardness measurement

表1 单因素实验方案

Table 1 Single-factor experimental schemes

实验序号	激光功率P/W	送粉速率v_f/(r∙min^-1)	扫描速度v_s/(mm∙min^-1)
1	1 000，1 250，1 500，1 750，2 000	1.1	8
2	1 500	0.7，0.9，1.1，1.3，1.5	8
3	1 500	1.1	4，6，8，10，12

图5 不同激光功率下熔覆层硬度（a）—P=1 000 W；（b）—P=1 250 W；（c）—P=1 500 W；（d）—P=1 750 W；（e）—P=2 000 W.

Fig.5 Hardness of cladding layer under different laser powers

图6 熔覆层硬度随激光功率变化曲线

Fig.6 Variation curves of cladding layer hardness with laser power

图7 不同扫描速度下熔覆层硬度（a）—vs=4 mm/s；（b）—vs=6 mm/s；（c）—vs=8 mm/s；（d）—vs=10 mm/s；（e）—vs=12 mm/s.

Fig.7 Hardness of cladding layer at different scanning speeds

图8 熔覆层硬度随扫描速度变化曲线

Fig.8 Variation curves of cladding layer hardness with scanning speed

图9 不同送粉速率下熔覆层硬度（a）—vf=0.7 mm/s；（b）—vf=0.9 mm/s；（c）—vf=1.1 mm/s；（d）—vf=1.3 mm/s；（e）—vf=1.5 mm/s.

Fig.9 Hardness of cladding layer at different powder feeding rates

图10 熔覆层硬度随送粉速率变化曲线

Fig.10 Variation curves of cladding layer hardness with powder feeding rates

图11 Al0.5+5%SiC 高熵合金EBSD图（a）—反极图；（b）—物相图.

Fig.11 EBSD diagram of Al0.5+5%SiC high-entropy alloy

图12 Al0.5+x%SiC高熵合金的XRD图谱

Fig.12 XRD pattern of Al0.5+x%SiC high-entropy alloy

图13 成形试件硬度随增强相含量变化

Fig.13 Variation of formed specimen’s hardness with reinforcement phase content

图14 Al y +5%SiC高熵合金的XRD图谱

Fig.14 XRD pattern of Al y +5%SiC high-entropy alloy

图15 试件硬度随Al含量变化

Fig.15 Variation of specimen’s hardness with Al content

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