铌碳化物(NbC)增强激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层的微观结构与性能研究

本文采用激光熔覆(LC)技术在Q235B低碳钢表面制备CoCrNi+x wt% NbC（x=0,5,10,15）复合涂层，系统研究了NbC添加对中熵合金(MEA)相组成、力学性能和耐蚀性的影响机制。研究发现NbC诱导涂层从单相面心立方(FCC)转变为FCC+NbC双相结构，通过固溶强化、细晶强化和弥散强化协同作用，使15 wt% NbC涂层显微硬度达峰值，10 wt%组磨损率仅为未添加组的19.55%。电化学测试表明Nb5+离子促进钝化膜形成，显著提升海洋环境适用性。

　　

Highlight

铌碳化物(NbC)的加入使CoCrNi中熵合金(MEA)涂层的相组成从单一的面心立方(FCC)结构转变为FCC+NbC双相结构，同时显著细化晶粒。

结论

本实验系统研究了NbC对CoCrNi MEA涂层微观结构、力学性能和耐蚀性的影响，通过多尺度表征解析了NbC强化机制，主要发现如下：

1. 1.

   NbC诱导涂层形成FCC+NbC双相结构，在凝固过程中作为异质形核点显著细化晶粒；

2. 2.

   力学测试表明NbC通过固溶强化、细晶强化和弥散强化三重机制协同作用，当添加量达15 wt%时涂层显微硬度达到峰值；

3. 3.

   10 wt% NbC组展现最佳耐磨性，磨损率仅为未添加组的19.55%，归因于均匀分散的NbC颗粒有效承载载荷；

4. 4.

   电化学测试揭示Nb⁵⁺离子促进钝化膜快速形成，同时NbC能阻隔腐蚀介质渗透，显著提升涂层在海洋环境中的耐蚀性。综合评估表明，含15 wt% NbC的涂层具有最优性能组合。

Conclusion

这项研究为开发高性能CoCrNi基中熵合金涂层提供了实验和理论基础，特别是揭示了NbC在提升海洋工程材料综合性能方面的关键作用机制。通过精准调控NbC添加量（10-15 wt%），可同步优化涂层的耐磨性和耐蚀性，满足复杂海洋环境对材料性能的严苛要求。