45鋼基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究（太原）
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畢業(yè)設(shè)計
45鋼基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究
102018104
何鑫
學(xué)生姓名： 學(xué)號：
機械工程系
系 部：
材料成型及控制工程
專 業(yè)：
梁紅英
指導(dǎo)教師：
二〇一四年 六 月
誠信聲明
本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。
本人簽名： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
設(shè)計題目： 45鋼基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究
系部：機械工程系專業(yè)：材料成型及控制工程 學(xué)號：102018104
學(xué)生：何鑫 指導(dǎo)教師（含職稱）：梁紅英（副教授） 專業(yè)負(fù)責(zé)人：趙躍文
1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標(biāo)
1）掌握高熵合金的概念、性能特點、制造工藝。
2）完成高熵合金在20鋼基體（光面，粗糙面）面表面熔滲工藝
3）各種實驗條件下獲得的熔滲高熵合金試樣的制備。
4）各種實驗條件下獲得的熔滲高熵合金的顯微組織觀察。
5）完成各種實驗條件下獲得的的硬度、耐磨性等力學(xué)性能實驗。
2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容
1）查閱20篇以上的科技文獻(xiàn)。
2）完成畢業(yè)設(shè)計的各項實驗任務(wù)
3）完成畢業(yè)設(shè)計的開題答辯、中期檢查。
4）按照畢業(yè)論文的撰寫要求完成畢業(yè)論文、參加答辯。
3．主要參考文獻(xiàn)
[1]劉文杰.多主元高熵合金的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.東北大學(xué)碩士論文.2010:6-1;
[2]范是紅娥.H13鋼表面激光熔覆TiC/Co基涂層及其高溫磨損性能研究.昆明理工大學(xué)博士論文.2013:5-1;
[3] 劉亮.合金元素對高熵合金組織與性能的影響.吉林大學(xué)博士論文.2012:12-1;
[4] 梁秀兵，魏敏，程江波等.高熵合金新材料的研究進展.材料工程，2009,12:75-79
4．進度安排
設(shè)計（論文）各階段名稱
起止日期
1
查閱科技文獻(xiàn)，完成開題答辯
2014年3月3日—2014年3月16日
2
高熵合金表面熔滲工藝實驗
2014年3月17日—2014年4月13日
3
表面熔滲高熵合金顯微組織觀察
2014年4月14日—2014年5月11日
4
表面熔滲高熵合金力學(xué)性能試驗
2014年5月12日—2014年6月1日
5
整理資料，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯
2014年6月2日—2014年6月10日
45鋼基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究
摘要：高熵合金是一種新型的合金，一般由五種以上主要元素構(gòu)成,每種元素的原子百分比在5%～35%之間。與傳統(tǒng)合金相比，具有優(yōu)良的性能。比如：耐高溫、耐腐蝕、高強度、高硬度等?？梢赃@樣說，高熵合金的發(fā)現(xiàn)大大提高了合金的性能，與此同時，也擴大了金屬的選擇范圍。
涂層是涂料一次施涂所得到的固態(tài)連續(xù)膜，是為了防護，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，通常根據(jù)需要噴涂的基質(zhì)決定涂料的種類和狀態(tài)。近年來,金屬表面的涂層引起了人們極大的注意。表面涂層可提高零件的耐腐蝕、摩擦、磨損和疲勞。
人們都致力于尋找具有超高玻璃化形成能力的合金。有人認(rèn)為非晶或玻璃的原子混亂度高或熵高，而高熵必然導(dǎo)致高的玻璃化形成能力，所以有人提出一個混亂理論。但是，后來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高熵和高的玻璃化形成能力并不一致，倒是發(fā)現(xiàn)有些高混合熵合金可以形成單相固溶體。
關(guān)鍵詞：高熵合金，涂層，表面熔滲
45 steel substrate surface aluminized high entropy alloys technology and performance study
Abstract: The high entropy alloy is one kind of new alloys. Generally it inclouds five or more major elements, atomic percentage of each element in the 5% to 35%. Comparing with the traditional alloys, the high entropy alloy have excellent performance, for instance hight emperature resistant, corrosion resistant, high strength, high hardness, and soon. We can say that the discovery of high entropy alloy improves the properties of alloys, meanwhile, also expands metal selection.
The coating is a solid continuous film coating a coating obtained, for protection,insulation, decoration and other objective, coating on the metal, fabric, plastic thin plastic substrates. Gaseous, liquid, paint can be solid, usually according to the decision matrix spraying type and the state of coating. In recent years,coating on the surface of metal has aroused great attention. Surface coating can improve the corrosion resistance of the parts, friction, wear and fatigue.
This paper presents the high entropy alloy is the development of bulk amorphous alloys based on twentieth Century 90's. Some people think that non crystalor glass atomic disorder or entropy is high, and the high entropy will inevitably lead to the high glass forming ability, so some people propose a chaos theory.However, later scholars have found that high entropy and high glass forming ability is not consistent, it is found that some high entropy of mixing alloy can form a single-phase solid solution.
Keywords: high entropy alloy, coating, surface infiltration
目 錄
1 緒論…………………………………………………………………………………10
1.1介紹高熵合金的概念……………………………………………………… 10
1.1.1 高熵合金的組織結(jié)構(gòu)………………………………………………………10
1.1.2 高熵合金的性能特點………………………………………………………11
1.2 高熵合金制造工藝…………………………………………………………11
1.2.1 電弧熔煉法………………………………………………………………11
1.2.2 高頻感應(yīng)爐加熱熔煉……………………………………………………12
1.2.3 其他熔煉方法……………………………………………………………12
1.3 高熵合金國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀………………………………………………13
1.4 涂層技術(shù)……………………………………………………………………14
1.4.1 涂層技術(shù)簡介………………………………………………………………14
1.4.2 圖層分類……………………………………………………………………15
1.4.3 涂層技術(shù)應(yīng)用…………………………………………………………………15
2 熔滲高熵合金試樣的制備…………………………………………………… 18
2.1 配置高熵合金……………………………………………………………… 18
2.1.1 八組元高熵合金制備……………………………………………………… 18
2.1.2 五組元高熵合金制備………………………………………………………… 19
2.2 粘結(jié)劑的配制……………………………………………………………………20
2.3 熔滲高熵合金試樣的制備…………………………………………………… 21
2.4 高熵合金試樣制備使用儀器………………………………………………… 21
3 45鋼基體熔滲高熵合金工藝研究………………………………………………23
3.1 45鋼材料的成分組織性能及用途介紹………………………………………23
3.2 兩種熔滲高熵合金工藝…………………………………………………………24
3.2.1 熱處理爐加熱熔滲高熵合金工藝…………………………………………25
3.2.2 感應(yīng)加熱熔滲高熵合金工藝………………………………………………27
3.2.3 五組元感應(yīng)加熱熔滲效果…………………………………………………28
3.2.4 八組元感應(yīng)加熱熔滲效果…………………………………………………28
3.3 基體熔滲高熵合金工藝研究使用儀器…………………………………………29
3.3.1 金相拋光機……………………………………………………………………29
3.3.2 XJP-6A倒置金相顯微鏡………………………………………………………3
4 研究高熵合金顯微組織及性能……………………………………………………33
4.1 維氏硬度計………………………………………………………………………33
4.1.1 維氏硬度計原理………………………………………………………………33
4.1.2 維氏硬度表示方法………………………………………………………34
4.1.3 維氏硬度試驗操作步驟……………………………………………………34
4.1.4 維氏硬度試驗特點…………………………………………………………34
4.1.5 維氏硬度試驗注意事項……………………………………………………35
4.1.6 維氏硬度試驗的分類和試驗力選擇………………………………………36
5 45鋼基體表面高熵合金性能測試…………………………………………………37
5.1 45鋼基體表面硬度………………………………………………………………37
5.2 高熵合金熔滲45鋼基體表面后熱處理爐的維氏硬度…………………………38
5.2 高熵合金熔滲45鋼基體表面后感應(yīng)加熱的維氏硬度…………………………39
結(jié)論……………………………………………………………………………………40
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………41
致謝……………………………………………………………………………………44
III
太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1介紹高熵合金的概念
到目前為止，傳統(tǒng)合金的配方仍不脫離以1種金屬元素為主的觀念，人類依此觀念配制不同合金，采用不同的制造加工工藝，進而應(yīng)用到不同的地方，都是在這個框架下發(fā)展及改善的。另外，傳統(tǒng)合金的發(fā)展經(jīng)驗告訴我們，雖然可以通過添加特定的少量合金元素來改善合金的性能，但合金元素種類的過多會導(dǎo)致很多化合物尤其是脆性金屬間化合物的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致合金性能的惡化，如變脆，此外，也給材料的組織和成分的控制帶來很大困難，因此合金元素的種類越少所能得到的金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)越單純。但是上世紀(jì)90年代初，臺灣學(xué)者提出了多主元高熵合金的概念，即：就是多種主要元素的合金。在該合金中，其中每種主要元素都具有高的原子百分比，但不超過35%，因此沒有一種元素能占
有5O％以上，也就是說這種合金是由多種元素集體領(lǐng)導(dǎo)而表現(xiàn)其特色。
而且研究表明，多種主元素傾向混亂排列而形成簡單的結(jié)晶相。因為沒有人用過如此多種主元素做出單純的晶體結(jié)構(gòu)，所以這一發(fā)現(xiàn)前所未見。高熵合金擁有許多特性，而極高的硬度、耐溫性以及耐蝕性是其顯著特點。而高熵合金材料在鑄態(tài)或是完全回火狀態(tài)等工藝處理下所表現(xiàn)出的微結(jié)構(gòu)納米化、非晶態(tài)傾向也使得高熵合金在應(yīng)用性方面有著廣闊的前景。
1.1.1高熵合金組織結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)合金的發(fā)展經(jīng)驗認(rèn)為，合金元素種類較多時會產(chǎn)生多種金屬間化合物，不但難以分析且材質(zhì)變脆，缺乏應(yīng)用性。而且經(jīng)典的Gibbs相率認(rèn)為，n種元素的合金系統(tǒng)所能產(chǎn)生的平衡相的數(shù)目p=n+1，在非平衡凝固時形成的相數(shù)p>n+1。然而中國臺灣學(xué)者對高熵合金的研究
卻發(fā)現(xiàn)并非如此。他們發(fā)現(xiàn)多主元高熵合金凝固后不僅不會形成數(shù)目眾多的金屬間化合物，反而會形成簡單的體心立方或面心立方相甚至非晶質(zhì)，有時還會附帶另一晶間化合物相，且所得相數(shù)p《n+1。他們把其中原因歸結(jié)為高熵效應(yīng)。NiAl、TiA1等強金屬間化合物的形成熵分別為1．38R和2．06R，與n=5時的混合熵在相同范圍。
換句話說，如果元素數(shù)目較多而導(dǎo)致系統(tǒng)的混合熵比形成金屬間化合物的熵變還要大時，高熵效應(yīng)就會抑制脆性金屬問化合物的出現(xiàn)，促進元素間混合形成簡單的體心立方或面心立方結(jié)構(gòu)，有時還會附帶另一晶間化合物相。
在鑄態(tài)和完全回火態(tài)都會析出納米相結(jié)構(gòu)甚至非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)是高熵合金的重要特色，而傳統(tǒng)的合金或者大塊非晶合金只有在特殊的熱處理條件狀態(tài)下才可能析出同樣的納米結(jié)構(gòu)相。微結(jié)構(gòu)的納米化可增進許多力學(xué)、電化學(xué)及物理性能。當(dāng)高熵合金熔化時，所含元素混亂排列
成為液體，凝固為固相后，因涉及多元素的擴散及再分配，將阻礙析出物的形核及生長，有利于納米相的形成。對于快速凝固或真空鍍膜而言，高熵合金更能展現(xiàn)非晶化的傾向。
目前的研究結(jié)果表明，高熵效應(yīng)抑制脆性金屬間化合物的出現(xiàn)，促進元素間混合形成簡單的體心立方或面心立方結(jié)構(gòu)甚至非晶質(zhì)由于相及微結(jié)構(gòu)的可鑒定性及單純性，故高熵合金如同傳統(tǒng)合金一樣，是一個可分析、可了解的合金領(lǐng)域。
1.1.2高熵合金的性能特點
鑒于高熵合金擁有特殊的理論依據(jù)和設(shè)計理念，因此高熵合金與傳統(tǒng)合金相比也擁有與眾不同的特點，下面進行總結(jié)：
(1)高熵合金僅在鑄態(tài)或是完全回火態(tài)下就會析出納米晶顆粒。這是因為
高熵合金在熔煉時，各元素熔化后的原子混亂排列，凝固時這些原子很難進行擴散和再分配，這就有利于在合金基體內(nèi)部形成納米晶顆粒。
(2)高熵合金擁有極大的混亂度，特別是在高溫下，其混亂度將會變得更大。根據(jù)合金自由能越低，則合金系統(tǒng)越趨于穩(wěn)定的原則，高熵合金在高溫下的穩(wěn)定性依然極高，固溶強化依然存在，因此合金擁有極高的高溫強度。研究表明，高熵合金在1000℃的高溫下
進行長時間(約12小時)的熱處理后，硬度不降反升，與傳統(tǒng)合金形成了鮮明的對比
(3)高熵合金的主要組成元素至少5種以上，合金的晶格扭曲情況十分嚴(yán)重，因此合金的物理、化學(xué)性能以及機械性能也將會產(chǎn)生極大的變化。
(4)高熵合金中總有一些元素，如Al元素，會使合金產(chǎn)生致密氧化物，而高熵合金通常都具有納米晶、非晶、單相、低自由焓的特性，因此高熵合金的耐腐蝕性能比傳統(tǒng)合金更為優(yōu)秀。
(5)高熵合金以簡單BCC和FCC結(jié)構(gòu)固溶體
存在時，由于組成元素之間在原子半徑、晶體結(jié)構(gòu)等方面存在差異，高熵合金的固溶強化會產(chǎn)生強效，導(dǎo)致位錯在合金內(nèi)部難以進行，因此合金硬度和強度都較高：而當(dāng)高熵合金以非晶結(jié)構(gòu)存在時，更是不存在位錯，因此合金性能更強。
1.2高熵合金的制造工藝
1.2.1電弧熔煉法
直接加熱式真空電弧爐熔煉法。它主要用來熔煉鈦、鋯、鎢、鉬、鉭、鈮等活潑和高熔點金屬以及它們的合金，也用來熔煉耐熱鋼、不銹鋼、工具鋼、軸承鋼等合金鋼。經(jīng)直接加熱式真空自耗電弧爐
熔煉出來的金屬，其氣體和易揮發(fā)雜質(zhì)含量下降，鑄錠一般不會出現(xiàn)中心疏松，錠子結(jié)晶較均勻，金屬性能得到改善。直接加熱式真空自耗電弧爐熔煉存在的問題是較難調(diào)整金屬(合金)的成分。爐子設(shè)備費雖比真空感應(yīng)爐低得多，但比電渣爐高，熔煉費用也較之高許多。真空自耗電弧爐是1955年才開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，最初用于熔煉鈦，隨后用來熔煉其他高熔點金屬和活潑金屬及合金鋼等。
真空電弧如圖2-3所示，由爐體、電源、真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)組成。爐體部分由爐殼、電極、結(jié)晶器及電極升降裝置構(gòu)成。工作時，在電極(負(fù)極)和水冷銅結(jié)晶器(正極)形成的兩極之間，建立低電壓(20～40V)大電流(若干kA)，產(chǎn)生電弧放電，靠電弧釋放出的熱量來熔化金屬。電爐一般是直流供電，一根電極。按照熔煉過程中電極是否消耗(熔化)，分成非自耗電極電弧爐熔煉和自耗電極電弧爐熔煉兩種。非自耗電弧爐，電極用鎢等高熔點材料制成，電弧熔煉時電極本身并不熔化，是永久性的。自耗電極電弧爐的電極采用被熔煉材料制成，如熔煉鈦時電極通常用海綿鈦壓制而成，在熔煉過程中電極本身被熔化。電極升降裝置隨著電極的不斷消耗使電極穩(wěn)定下降，以保持兩極的距離和電弧的穩(wěn)定。真空自耗電弧爐熔煉一般是在1.3～1.3×10-1Pa的爐內(nèi)壓力下進行。電弧溫度可高達(dá)5000K。電極熔化的液滴通過弧區(qū)時，便會產(chǎn)生強烈的揮發(fā)、分解、化合等脫氣、去除雜質(zhì)的凈化作用，然后滴入水冷銅結(jié)晶器中凝固成鑄錠。真空電弧熔煉不使用耐火材料，熔煉高熔點難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮和活性很高的鈦和鋯時可不受耐火材料的污染。爐料邊熔化
邊凝固可消除縮孔、中心疏松和偏析等常見鑄錠缺陷，使加工性能優(yōu)良。
1.2.2高頻感應(yīng)爐加熱熔煉
金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動要產(chǎn)生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒有與感應(yīng)線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化，而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流的強弱就能實現(xiàn)。熔煉中要加入適量的凈化劑，用于凈化除去金屬液
中氧化渣并對金屬液起保護作用，防止金屬在熔煉過程中過多的氧化。在澆注前應(yīng)將金屬液靜止一段時間，以利雜質(zhì)的浮起和金屬液成分的均勻，最后將凈化劑撈出，以防止在金屬液澆注過程中氧化渣難以浮起，凝固于合金中，影響金屬合金的性能。
為了減少熔煉工程的金屬元素的氧化量，各種成分元素的添加應(yīng)具有一定的順序，例如容易燒損金屬鋁，應(yīng)待其他金屬熔化后再加入到熔煉坩堝中。如果圓柱體放在線圈中心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒有產(chǎn)生有害氣體、強光污染環(huán)境。
1.2.3其他熔煉方法
此外高熵合金還可以用機械合金化法和真空熔體快淬法等。機械合金化(MA)是一種非平衡態(tài)粉末固態(tài)合金化方法，其特點突出表現(xiàn)在材料制備過程中的非平衡性和強制性; 高熵合金薄帶的制備方法主要是真空熔體快淬法,其基本的工作原理是：將預(yù)先熔煉得到的鑄錠裝入石英管進行二次熔化，這個過程在封閉的保護氣氛或真空下進行，然后將融化的過熱液態(tài)合金噴射到按照設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的水冷銅模上，合金被快速冷卻而形成薄帶。這種方法具有極高的冷速，可以使多種金屬及合金形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，所制備的非晶薄帶具有特殊的力學(xué)及物理性能。
1.3高熵合金國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
高熵合金概念
是在1995年由臺灣學(xué)者提出，在該合金中，其中每種主要元素都具有高的原子百分比，但不超過35%，因此沒有一種元素能占有5O％以上，也就是說這種合金是由多種元素集體領(lǐng)導(dǎo)而表現(xiàn)其特色。此合金的設(shè)計理念與傳統(tǒng)合金設(shè)計理念有巨大的差異，同時在深入研究過程中，高熵合金的高性能與良好的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也逐漸使其成為合金的一個新的研究方向，并逐步走向應(yīng)用化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路。
納米析出的現(xiàn)象是高熵合金重要的特色，微結(jié)構(gòu)的納米化可增進許多力學(xué)、電化學(xué)及物理性能。所以，在中國臺灣國科會的大力支持下，目前中國臺灣清華大學(xué)正聯(lián)合工研院材料所、成功大學(xué)開展高熵合金大型納米化和非晶化的研究計劃。
而高熵合金所體現(xiàn)出來的，高硬度、耐磨性、耐溫性、耐腐蝕性等也使得高熵合金在應(yīng)用領(lǐng)域有著極其廣泛的前景。諸如：：高硬度且耐磨耐溫耐蝕的工具、模具、刀具；高爾夫球頭打擊面、油壓氣壓桿、鋼管及輥壓筒的硬面；高頻變壓器、馬達(dá)的磁心、磁屏蔽、磁頭、磁盤、磁光盤、高頻軟磁薄膜；化學(xué)工廠、船艦的耐蝕高強度材料；渦輪葉片、焊接材料、熱交換器及高溫爐的耐熱材料；超高大樓的耐火骨架和微機電材料等。
高熵合金被認(rèn)為是最近幾十年來合金化理論的三大突破之一(另外兩項分別是大塊金屬玻璃和橡膠金屬)。是一個可合成、分析和控制的合金新世界，可以開發(fā)出大量的高技術(shù)材料，而且可以采用傳統(tǒng)的熔鑄、鍛造、粉末冶金、噴涂法及鍍膜法來制作塊材、涂層或薄膜，對于傳統(tǒng)的鋼鐵產(chǎn)業(yè)無疑是“柳暗花明又一村”。就實用性而言，若無法找到功能合適的傳統(tǒng)合金，高熵合金或許可以適用。
傳統(tǒng)合金體系的發(fā)展
已趨飽和，突破以1種或2種金屬元素為主的傳統(tǒng)合金的發(fā)展框架已是冶金科學(xué)家的一個追求目標(biāo)。高熵合金正是在這樣的趨勢下發(fā)展起來的。高熵合金的概念最先由中國臺灣清華大學(xué)的科學(xué)家在2O世紀(jì)9O年代中期提出并進行了研究，但直到2004年才有相應(yīng)的研究成果。因此，2004年之前沒有相應(yīng)的研究工作在中國臺灣之外的地區(qū)開展。最近劍橋大學(xué)
的科學(xué)家也開始在等摩爾多主元合金方面開展了研究工作。高熵合金的研究還是一塊處女地，無論理論研究和實驗研究結(jié)果都非常少。人們對這一合金化過程的機理以及其中涉及到的諸多科學(xué)問題基本還沒有什么認(rèn)識。實際上，現(xiàn)在出現(xiàn)的一些高熵合金體系也只是通過高熵合金的研究具有前瞻性，具有學(xué)術(shù)研究及應(yīng)用價值。由于應(yīng)用潛力多元化，面對的產(chǎn)業(yè)也多元化，因此傳統(tǒng)合金工業(yè)的升級
及高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將為高熵合金開辟無限發(fā)揮的空間，對傳統(tǒng)冶金和鋼鐵行業(yè)的提升無疑具有重要意義。
1.4涂層技術(shù)
1.4.1涂層技術(shù)簡介
涂層是涂料一次施涂所得到的固態(tài)連續(xù)膜，是為了防護，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，通常根據(jù)需要噴涂的基質(zhì)決定涂料的種類和狀態(tài)。
依據(jù)所用涂料的種類而有不同的稱呼，如底漆的涂層稱為底漆層，面漆的涂層稱為面漆層。一般涂料所得涂層較薄，約在20~50微米，厚漿型涂料則一次可得厚達(dá)1毫米以上的涂層。
金屬表面的涂層
引起了人們極大的注意。表面涂層可提高零件的耐腐蝕、摩擦、磨損和疲勞,而對于一些基體材料不需要有這方面的要求。表面涂層的性能取決于基體材料的特性、表面光潔度和涂層厚度。
這些效應(yīng)可使表面摩擦力有兩個數(shù)量級的變化;軟金屬涂層的摩擦力較小,而硬金屬涂層的摩擦力較大。極光滑的表面和極薄的涂層,這些效應(yīng)更為明顯。薄的軟金屬涂層的耐磨性較大,而薄的硬金屬涂層的耐磨性較小。
新型表面功能涂層技術(shù)，包括低溫化學(xué)表面涂層技術(shù)及超深層表面改性技術(shù)，它運用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等技術(shù)手段來改變“材料及其制件表面成分
和組織結(jié)構(gòu)”。
特點是保持基體材料固有的特征，又賦予表面所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服務(wù)環(huán)境對材料的特殊要求，因而它是制造和材料科學(xué)中最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及表面處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。
1.4.2涂層分類
（1）耐磨損涂層
包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層
和耐沖蝕涂層。其中有些情況還有抗低溫(<538℃)磨損和抗高溫(538～843℃)磨損涂層之分。
（2）耐熱抗氧化涂層
該種涂層包括高溫過程(其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843℃的沖蝕及熱障)和熔融金屬過程(其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅)所應(yīng)用的涂層。
（3）抗大氣和浸漬腐蝕涂層
大氣腐蝕包括工業(yè)氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛
等造成的腐蝕;浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學(xué)和食品加工等造成的腐蝕。
（4）電導(dǎo)和電阻涂層
該種涂層
用于電導(dǎo)、電阻和屏蔽。
（5）恢復(fù)尺寸涂層
該種涂層用于鐵基(可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼)和有色金屬(鎳、鈷、銅、鋁、鈦及他們的合金)制品。
（6）機械部件間隙控制涂層
該種涂層可磨。
（7）耐化學(xué)腐蝕涂層
化學(xué)腐蝕包括各種酸、堿、鹽
,各種無機物和各種有機化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。
1.4.3涂層技術(shù)應(yīng)用
（1）蒙皮涂層
能防護鋁合金不受高速飛行時風(fēng)沙和雨水沖蝕，不受海水和航空燃料的腐蝕并能改善空氣動力學(xué)性能。涂層應(yīng)經(jīng)得住 200°C
左右瞬間溫度變化和強烈的日光輻照。飛機體積很大，烘烤條件受到限制，必須選用自干固化涂料，如丙烯酸或聚氨酯涂料。
（2）發(fā)動機涂層
整臺發(fā)動機，從風(fēng)扇到尾噴管
的主要部件無不使用涂層。發(fā)動機涂層按用途分為抗氧化耐腐蝕涂層、隔熱涂層、耐磨涂層和封嚴(yán)涂層。
①抗氧化耐腐蝕涂層
：早期發(fā)動機因工作時間短而高溫合金又含有足夠的鉻、本身能抗氧化，所以不施加涂層。然而，隨著發(fā)動機壽命的延長和溫度的提高，以及高溫鎳基合金中鉻含量降到原有的50%，已不能抵抗高溫氧化和熱腐蝕，需要涂層防護。高溫氧化和熱腐蝕是渦輪葉片損壞的主要原因,可使工作壽命縮短到300小時。涂覆涂層后高溫部件工作壽命可延長2～3倍。壓氣機轉(zhuǎn)子和靜子葉片使用含鋁磷(鉻)酸鹽涂層
保護。燃燒室既可使用高溫搪瓷又可涂覆含鋁磷(鉻)酸鹽涂層。渦輪轉(zhuǎn)子和靜子葉片多用加有鉻、鈦、硅、釔等改性元素的鋁化物擴散涂層或擴散障涂層。加力燃燒室使用高溫搪瓷或陶瓷涂層。發(fā)展中的金屬-鉻-鋁-釔包覆涂層的使用壽命比擴散涂層增加一倍以上，使用溫度達(dá)1100°C。
②耐磨涂層：影響發(fā)動機壽命的另一個因素是高溫磨損，包括撞擊磨損
和微振磨損。爆炸噴涂或等離子噴涂碳化鎢-鈷、碳化鉻-鎳鉻涂層最為有效。涂覆后，零件的耐磨損壽命可延長7～100倍，已在大型運輸機的發(fā)動機上廣泛使用。
③封嚴(yán)涂層：涂覆在發(fā)動機氣流通道的間隙部分。渦輪的徑向間隙每增大0.13毫米，發(fā)動機單位耗油量約增加0.5%；反之,減少0.25毫米,渦輪效率提高1%。另外，減少壓氣機的徑向間隙還可以提高發(fā)動機的抗喘振能力，從而改善飛行安全性。常用的封嚴(yán)涂層要求硬度適中,既有強度又便于刮削?；弁繉雍玩?石墨涂層已獲應(yīng)用。正在研制中的氧化鋯涂層能承受1300°C的高溫。
（3）溫控涂層
航天器在太空的熱環(huán)境十分惡劣，背陽面溫度可達(dá)-100°C，向陽面可達(dá)+120°C左右。為保證航天員的生命安全和儀器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，在航天器表面涂敷溫控涂層可以平衡與空間的熱交換，維持艙內(nèi)的正常溫度
。已經(jīng)獲得應(yīng)用的溫控涂層有有機硅氧化鋅、硅酸鉀氧化鋯和氧化鋁涂層。
（4）火箭發(fā)動機涂層
液體火箭發(fā)動機一般采用再生冷卻，不需要涂層保護，但有時為了增加溫降，在燃燒室內(nèi)壁噴涂氧化鋁或氧化鋯隔熱涂層。姿態(tài)控制火箭發(fā)動機多使用鈮、鉬等難熔合金，必須有防氧化涂層的保護才能工作?！鞍⒉_”號飛船指揮艙和登月艙的姿態(tài)控制火箭采用涂有二硫化鉬涂層的小型鉬合金發(fā)動機。
（5）偽裝涂層
用以隱蔽軍事目標(biāo)?，F(xiàn)代偵察儀器探測能力已大大提高，偽裝涂料不僅要求顏色和外形與背景協(xié)調(diào)，而且要有與背景接近的光譜反射性能。偽裝涂層按適用的波段分為：反紫外、反可見光、反近紅外、反中紅外、反無線電波
以及發(fā)展中的反多光譜照相偽裝涂料。飛行器可用單色保護迷彩偽裝，為使輪廓在復(fù)雜背景地區(qū)更難辨別，常采用變形迷彩。
（6）紡織涂層
是一種均勻涂布于織物表面的高分子類化合物。它通過粘合作用在織物表面形成一層或多層薄膜，不僅能改善織物的外觀和風(fēng)格，而且能增加織物的功能，使織物具有防水，耐水壓，通氣透濕，阻燃防污以及遮光反射等特殊功能。
（7）硬質(zhì)合金涂層
在切削加工中，刀具性能對切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。硬質(zhì)合金刀具性能
的兩個關(guān)鍵指標(biāo)—硬度和強度之間總存著矛盾，硬度高的材料強度低，而提高強度往往是以硬度的降低為代價。為了解決硬質(zhì)合金材料中存在的這種矛盾，更好地提高刀具的切削性能，比較有效的一種方法是采用各種涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上涂覆上一層或多層高硬度、高耐磨損性能的材料。硬質(zhì)合金刀具表面上的涂層作為一個化學(xué)屏障和熱屏障，減少了硬質(zhì)合金刀具的月牙洼磨損，可以顯著地提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本。
（8）刀具涂層
刀具涂層技術(shù)通常可分為化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)和物理氣相沉積（PVD）技術(shù)兩大類。
①CVD技術(shù)的發(fā)展
二十世紀(jì)六十年代以來，CVD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實現(xiàn)TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強度較高，薄膜厚度可達(dá)7～9μm，因此到八十年代中后期，美國已有85%的硬質(zhì)合金工具采用了表面涂層處理，其中CVD涂層占到99%；到九十年代中期，CVD涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上。
盡管CVD涂層具有很好的耐磨性，但CVD工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋；三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會造成較大環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來，高溫CVD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到一定制約。
②PVD技術(shù)的發(fā)展
PVD技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末，由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能，所以該技術(shù)自八十年代以來得到了迅速推廣，至八十年代末，工業(yè)發(fā)達(dá)國家高速鋼復(fù)雜刀具的PVD涂層比例已超過60%。
PVD技術(shù)在高速鋼刀具領(lǐng)域的成功應(yīng)用引起了世界各國制造業(yè)的高度重視，人們在競相開發(fā)高性能、高可靠性涂層設(shè)備的同時，也對其應(yīng)用領(lǐng)域的擴展尤其是在硬質(zhì)合金、陶瓷類刀具中的應(yīng)用進行了更加深入的研究。研究結(jié)果表明：與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響；薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。隨著高速切削加工時代的到來，高速鋼刀具應(yīng)用比例逐漸下降、硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具應(yīng)用比例上升已成必然趨勢，因此，工業(yè)發(fā)達(dá)國家自九十年代初就開始致力于硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術(shù)的研究，至九十年代中期取得了突破性進展，PVD涂層技術(shù)已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。
2 熔滲高熵合金試樣的制備
2.1配制高熵合金
2.1.1八組元高熵合金制備
分別取Al，Cr，Co，F(xiàn)e，Ni，Mo，Ti，Si八種元素的金屬粉末，用電子秤按照摩爾比為1：1：1：1：1：1：0.75：0.75的比例取出粉末，然后利用振篩機進行混合，使金屬粉末混合物混合的充分，最后將混合好的金屬粉末裝入廣口試劑瓶中。
具體步驟，如下：
第一步，用粗砂紙打磨基體表面，直至表面無金屬銹跡
第二步，用細(xì)砂紙打磨基體表面，直至表面光亮，且沒有大的劃痕
第三步，將打磨好的基體放入煤油中清洗，再用電吹風(fēng)吹干
第四步，將高熵合金粉末和粘結(jié)劑混合均勻后調(diào)成牙膏狀，均勻的涂抹在基體材料的表面
第五步，將處理好的試樣放入加熱爐中加熱（溫度控制在100度），烘干8小時
左圖為8組元高熵合金
2.1.2五組元高熵合金制備
分別取Al，Cr，Co，F(xiàn)e，Ni八種元素的金屬粉末，用電子秤按照摩爾比為0.5：0.5：0.5：0.5：0.5的比例取出粉末，然后利用振篩機進行混合，使金屬粉末混合物混合的充分，最后將混合好的金屬粉末裝入廣口試劑瓶中。具體步驟如下：
第一步，用粗砂紙打磨基體表面，直至表面無金屬銹跡
第二步，用細(xì)砂紙打磨基體表面，直至表面光亮，且沒有大的劃痕
第三步，將打磨好的基體放入煤油中清洗，再用電吹風(fēng)吹干
第四步，將高熵合金粉末和粘結(jié)劑混合均勻后調(diào)成牙膏狀，均勻的涂抹在基體材料的表面
第五步，將處理好的試樣放入加熱爐中加熱（溫度控制在100度），烘干8小時
左圖為振篩機
2.2粘結(jié)劑的配制
取出松香和松節(jié)油，松香是松樹樹干內(nèi)部流出的油經(jīng)高溫熔化成水狀，干結(jié)后變成塊狀固體（沒有固定熔點），其顏色焦黃深紅，是重要的化工原料。松節(jié)油是以富含松脂的松樹為原料，通過不同的加工方式得到的揮發(fā)性具有芳香氣味的萜烯混合液稱為松節(jié)油。松節(jié)油的成分隨樹種、樹齡和產(chǎn)地的不同而異，用馬尾松松脂加工的優(yōu)級和一級松節(jié)油，其主要成分是a-蒎烯，其次是b-蒎烯，苧烯等，是一種優(yōu)良的有機溶劑，廣泛用于油漆、催干劑、膠粘劑等工業(yè)。
松香是成塊的，由于要與油狀物松節(jié)油混合均勻，所以要將松香充分磨碎，我們采用錘子將松香砸成小塊然后再磨碎的方法，然后將磨碎的松香粉末與松節(jié)油按照松香：松節(jié)油=1:3的比例進行充分混合。
左圖為配制好的粘結(jié)劑
2.3熔滲高熵合金試樣的制備
將配制好的八組元高熵合金混合物粉末倒入粘結(jié)劑中充分?jǐn)嚢?，使其形成粘稠狀混合物，在混合過程中要不停的用玻璃棒攪拌，從而讓高熵合金粉末充分進入到粘結(jié)劑中去，然后分別涂抹到45鋼等不同種鋼的基體表面，只能涂抹一小層，大約是0.5毫米厚，然后放入感應(yīng)爐中或熱處理爐中加熱熔煉。
同樣，將配制好的五組元高熵合金混合物粉末倒入粘結(jié)劑中充分?jǐn)嚢?，使其形成粘稠狀混合物，在混合過程中要不停的用玻璃棒攪拌，從而讓高熵合金粉末充分進入到粘結(jié)劑中去，然后分別涂抹到45鋼等不同種鋼的基體表面，只能涂抹一小層，大約是0.5毫米厚，然后放入感應(yīng)爐中或熱處理爐中加熱熔煉。
2.4高熵合金試樣制備使用儀器
大燒杯，玻璃棒，電子天平，膠頭滴管，小燒瓶，目數(shù)為180或1000的砂紙，烘干爐
上圖為烘干爐圖片
3 45鋼基體熔滲高熵合金工藝研究
3.1 45鋼材料的成分組織性能及用途介紹
常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。該鋼冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時要稍好，具有較高的強度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。適合于氬弧焊，不太適合于氣焊。焊前需預(yù)熱，焊后應(yīng)進行去應(yīng)力退火。
正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。該鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其綜合力學(xué)性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼，但該鋼淬透性較低，水中臨界淬透直徑為12~17mm，水淬時有開裂傾向。當(dāng)直徑大于80mm時，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后，其力學(xué)性能相近，對中、小型模具零件進行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強度和韌性，而大型零件，則以正火處理為宜，所以，此鋼通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用。
45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達(dá)45～52HRC。
45號鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好， 45號鋼可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45#鋼優(yōu)越的機械性能，常將45#鋼表面淬火（高頻淬火或者直接淬火），這樣就能得到需要的表面硬度。
上圖所示高熵合金應(yīng)用實例
3.2兩種熔滲高熵合金工藝
45鋼基體表面顯微組織照片如下圖 20鋼基體表面顯微組織照片如下
T8鋼基體表面顯微組織照片如下圖灰鑄鐵基體表面顯微組織照片如下圖
上面四圖放大180倍下面的標(biāo)尺一小格為1微米
3.2.1 熱處理爐加熱熔滲高熵合金工藝
第1步，將制備好的5組元熔滲高熵合金用小型真空熱處理爐加熱，加熱至1300度，保溫30分鐘。
第2步，將處理好試件從爐中取出，發(fā)現(xiàn)有許多失敗試樣。
第3步，將成功的試樣分類并打磨，直至表面“十分光亮”。
第4步，將試件放置在拋光機的打磨拋光，直至表面沒有劃痕。
第5步，用4%的硝酸乙醇反復(fù)擦拭試件表面，直至試件表面呈現(xiàn)淡灰色（即不再光亮），表示腐蝕成功。
第6步，將處理好的試件放在顯微鏡下觀察。
在此次加熱后，許多試件出現(xiàn)爆裂，融化等現(xiàn)象，灰鑄鐵試樣實驗失敗。為此，研究了另外兩種成功的試樣。
上面左圖為球墨鑄鐵基體金相顯微圖，右圖為球墨鑄鐵基體經(jīng)熱處理爐加熱后金相顯微圖。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。
65Mn的原始組織為：先析鐵素體和珠光體；65Mn經(jīng)過熱處理爐加熱熔滲高熵合金后的組織發(fā)生了一些變化，其基體組織仍然是先析鐵素體和珠光體，但在基體組織上分布有顆粒狀金屬化合物，見圖3.6。顆粒狀金屬化合物的存在說明：（1）經(jīng)過加熱熔滲工藝后，在65Mn基材的表面有高熵合金熔入。（2）高熵合金熔滲層在基體表面分布不夠均勻。
造成高熵合金在基體表面熔滲層分布不均的原因有一下幾點：（1）高熵合金的組元中Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti等都是高熔點組元，在此溫度下的加熱過程中原子的擴散能力較差，和基體的的結(jié)合能力較弱，所以熔滲層較薄。（2）高熵合金粉末混合的不夠均勻，導(dǎo)致試樣表面高熵合金涂層的分布也不均勻，影響了熔滲層分布的均勻性。
3.2.2 感應(yīng)加熱熔滲高熵合金工藝
感應(yīng)加熱用的是感應(yīng)加熱器進行高溫加熱，溫度大約在1130度，加熱10分鐘。
感應(yīng)加熱器（如圖3.9）又叫感應(yīng)加熱電源，也稱作感應(yīng)加熱設(shè)備，是所有被加熱工工件涉及感應(yīng)加熱的統(tǒng)稱既包括：感應(yīng)加熱電源，感應(yīng)加熱設(shè)備，軸承加熱器、軸承感應(yīng)加熱器，也包括工業(yè)管道預(yù)熱后熱，蒸發(fā)鍍膜，紫銅釬焊所使用的感應(yīng)加熱電源，其基本工作原理是利用交變的電流產(chǎn)生交變的磁場，這個交變的磁場使其中的金屬導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生渦流,從而使金屬工件迅速發(fā)熱，一般而言加熱的效果，有頻率，電流，磁場共同決定。
在感應(yīng)加熱的過程中，溫度升高的只是被加熱工件的金屬部分，感應(yīng)加熱器本身也會有熱量，大多感應(yīng)器使用工作中需通冷卻水降溫，被加熱工件的非金屬部分并不發(fā)熱。
左圖為感應(yīng)加熱器
首先，感應(yīng)加熱是一種先進的加熱技術(shù)，主要有以下優(yōu)點：
（1）感應(yīng)式加熱對工件不需要整體加熱，可以選擇性地對局部進行加熱，從而可以達(dá)到電能消耗少的目的，而且工件變形不明顯。
（2）加熱速度快，可以使工件在極短的時間內(nèi)達(dá)到所需的溫度，甚至可以在1秒以內(nèi)。從而使工件的表面氧化和脫碳都比較輕微，大多數(shù)工件都無須氣體保護。
（3）可以根據(jù)需要通過調(diào)整設(shè)備的工作頻率和功率，對表面淬硬層進行調(diào)控。從而使淬硬層的馬氏體組織較細(xì)，硬度、強度和韌性都比較高。
（4）經(jīng)過感應(yīng)加熱方式熱處理后的工件，表面硬層下有較厚的韌性區(qū)域，具有較好的壓縮內(nèi)應(yīng)力，使得工件的抗疲勞和破斷能力都更高。
（5）加熱設(shè)備便于安裝在生產(chǎn)線上，易于實現(xiàn)機械化和自動化，便于管理，可有效地減少運輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。
（6）可以實現(xiàn)一機多用。既可完成淬火、退火、回火、正火、調(diào)質(zhì)等熱處理工藝，又可完成焊接、熔煉、熱裝配、熱拆卸及透熱成形等工作。
（7）使用方便、操作簡單、可隨時開啟或停止。而且無須預(yù)熱。
（8）即可手動操作，也可半自動和全自動操作；即可長時間地連繼工作，亦可即用即停隨機使用。有利于設(shè)備在供電低谷電價優(yōu)惠期的使用。
（9）電能利用率高，環(huán)保節(jié)能，安全可靠，工人工作條件好，國家提倡，等等。
與此同時，感應(yīng)加熱也有一些缺點：
（1） 設(shè)備比較復(fù)雜。
（2） 一次需要投入的成本相對比較高。
（3） 感應(yīng)部件（感應(yīng)圈）互換性和適應(yīng)性較差。
（4）不宜于在一些形狀復(fù)雜的工件上應(yīng)用。
3.2.3五組元感應(yīng)加熱熔滲效果
左圖為T8鋼基體組織顯微照片，右圖為T8鋼高熵合金五組元熔滲感應(yīng)加熱組織顯微照片，放大280倍，一格為一微米。
3.2.4 八組元感應(yīng)加熱熔滲效果
如左圖，為45鋼基體顯微組織照片，右圖，為45鋼基體八組元高熵合金熔滲感應(yīng)加熱后的組織顯微照片。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。
結(jié)論：金屬的金相組織，在不同的溫度下會呈現(xiàn)出不同的排列狀態(tài)。不單如此，如果加熱到某個溫度值猛然降到另一個低溫值也會呈現(xiàn)出不同狀態(tài)，感應(yīng)加熱，可以只加熱需要處理的部位，其它的部位除少量傳導(dǎo)過去的熱量，基本不怎么影響，電阻爐或燃?xì)饧訜?，往往要整個工件都被加熱到，這樣一來不需要加熱的部位可能就金相組織不對了。
3.3 基體熔滲高熵合金工藝研究使用儀器
3.3.1 金相拋光機
在前面用砂紙打磨的基礎(chǔ)上，為了使試樣表面更加光亮，在顯微鏡下更好的觀察，就必須進行拋光這道工序，金相拋光機就是必不可少。
金相拋光機（如圖3.16），顧名思義，就是把一些試樣的表面的毛精糙部分，清理掉，以達(dá)到鏡面效果。
在使用拋光機之前，先按照綠碳化硅與水的比例為1:20來配置拋光液，放入大燒杯攪拌，直至成為懸濁液，以便在拋光時一邊加水，一邊加拋光液。
為了是拋光效果更好，還需要在試樣表面涂抹綠色拋光膏。
拋光機拋光時，試樣磨面與拋光盤應(yīng)絕對平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。
在拋光時，還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動，以避免拋光織物局部磨損太快。
在拋光過程中要不斷添加拋光液不斷加水，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時，由于摩擦生熱會使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，試件表面會出現(xiàn)發(fā)黃的現(xiàn)像。
左圖為金相拋光機
3.3.2 XJP-6A倒置金相顯微鏡
將試樣拋光至在光學(xué)顯微鏡下完全看不到表面上的劃痕為止，再用40%硝酸酒精溶液作為腐蝕液腐蝕。制成金相試樣后用XJP-6A倒置金相顯微鏡及金相圖像分析系統(tǒng)進行微觀組織觀察和分析。金相顯微鏡下圖所示：
上圖為倒置金相顯微鏡
我們所用的顯微鏡為三目倒置金相顯微鏡 XJP-6A（如圖3.17），做實驗時物鏡放大倍數(shù)都是40倍，目鏡12.5倍，在視野中找到圖像以后，將右方的拉桿拉開，前面裝上單反相機進行拍攝，主要用到兩個放大倍數(shù)，200倍跟280倍，這兩個放大倍數(shù)拍出來的金相照片效果最好。
三目倒置金相顯微鏡 XJP-6A:用于鑒別和分析各種金屬和合金材料的組合結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在工廠或?qū)嶒炇疫M行鑄件質(zhì)量的鑒定；原材料的檢驗或材料處理后的金相組織分析；以及對表面噴涂等一些表面現(xiàn)象進行研究工作。它是鋼鐵、有色金屬材料、鑄件、鍍層的金相分析；地質(zhì)學(xué)的巖相分析；以及工業(yè)領(lǐng)域?qū)衔?、陶瓷等進行微觀研究的有效手段，是金屬學(xué)和材料學(xué)研究材料組織結(jié)構(gòu)的必備儀器，也廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)和教學(xué)等領(lǐng)域。
三目倒置金相顯微鏡 XJP-6A特點：
1.優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計確保視場寬闊、平坦、清晰。
2.應(yīng)用人機工程學(xué)設(shè)計理念，結(jié)構(gòu)合理、可靠、操作十分方便、輕松。
3.高襯度物鏡能提高低反射面物體的襯度。
4.雙目觀察可與攝影、攝像同步進行。
5.偏振光學(xué)附件對金相組織、晶粉及夾雜物分析極為清晰。
4 研究高熵合金顯微組織及性能
4.1 維氏硬度計
4.1.1維氏硬度計原理
圖4.2維氏硬度實驗原理示意圖
如圖4.2，維氏硬度計采用正四棱錐體金剛石壓頭，在試驗力作用下壓入
試樣表面，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長度。
試驗力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。維氏硬度值按下式計算：
HV = 常數(shù)×試驗力/壓痕表面積 ≈0.1891 F／d2
備注：
HV ———— 維氏硬度符號；
?F ———— 試驗力，N；
?d ———— 壓痕兩對角線d1、d2的算術(shù)平均值，mm
實用中是根據(jù)對角線長度d通過查表得到維氏硬度值。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定維氏硬度
壓痕對角線長度范圍為0.020～1.400mm
4.1.2維氏硬度的表示方法
維氏硬度計表示為HV，維氏硬度符號HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗力值。常見的有HV5,HV10，HV20，HV30，HV50和HV100標(biāo)準(zhǔn)的試驗保持時間為10～15S。但對于有色金屬則不能小于30秒，如果選用的時間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時間。例如：
300HV30—表示采用294.2N（30kg）的試驗力，保持時間10～15S時得到的硬度值為300。
450HV30/25—表示采用294.2N（30kg）的試驗力，保持時間25S時得到的硬度值為450。
4.1.3維氏硬度試驗操作步驟
首先，插上電源，打開設(shè)備后面的電源開關(guān)，點擊測試軟件快捷方式，進入維氏硬度測試界面。
第二，點擊系統(tǒng)設(shè)置，進入試驗參數(shù)的設(shè)置。如試驗力、保荷時間等等。
第三，轉(zhuǎn)動變換手輪，使試驗力符合選擇要求，變換手輪的力值和試驗參數(shù)設(shè)置的力值是一致的。在旋動變換手輪時，應(yīng)緩慢進行。在旋轉(zhuǎn)到最大力kgf或最小力 0.01kgf時，應(yīng)反向旋轉(zhuǎn)。（如視場燈太暗或太亮，可按硬度機上鍵燈+或燈）
第四，對維氏硬度測試界面右側(cè)的操作類型進行選擇，如HV壓頭。
第五，將被測產(chǎn)品放在十字試臺上，轉(zhuǎn)動升降旋輪，使試臺上升，當(dāng)試件離壓頭下端0.5-1mm時，按“啟動”鍵，壓頭自動轉(zhuǎn)到前方，此時加試驗力（電機啟動），同時硬度機自帶的屏幕上出現(xiàn)LOAD表示加試驗力；DWELL表示保持試驗力“10、9、8、....0”秒倒計時；UNLOAD表示卸除試驗力，加卸試驗力結(jié)束，壓頭退回40X物鏡轉(zhuǎn)到前方，屏幕轉(zhuǎn)到測量界面。試驗力正在加載或試驗力未卸除的情況下，嚴(yán)禁移動被測產(chǎn)品，否則會造成儀器損壞。
第六，在維氏硬度測試界面內(nèi)可看到壓痕，如果壓痕不太清楚，可緩慢轉(zhuǎn)動旋輪，上下移動試臺，或采用微調(diào)對十字平臺進行前、后、左、右調(diào)整。
第七，在維氏硬度測試界面內(nèi)，點擊視頻圖像，確保其為靜態(tài)圖像，然后點擊手動測量。（測量的順序是先上下，后左右）
第八，保留檢測結(jié)果。點擊數(shù)據(jù)顯示，建立檢測報告，以word的格式導(dǎo)出結(jié)果。
4.1.4維氏硬度試驗特點
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