微凹坑织构对CoCrFeNiMoW高熵合金摩擦学性能的调控机制及工程应用研究

本文推荐：本研究通过激光熔覆制备CoCrFeNiMoW高熵合金(HEA)涂层，结合激光表面织构化(LST)技术构建不同参数的微凹坑纹理，系统探究了纹理直径(70-200μm)和面积比(4-12%)对涂层干摩擦性能的影响。发现100μm直径/4%面积比的微凹坑可同时降低摩擦系数(降幅7.73%)和磨损量(降幅42.04%)，其机制涉及磨屑捕获、接触面积调控和氧化抑制等多重协同效应，为石油装备关键摩擦副表面功能化设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究创新性地通过激光表面织构化(LST)技术对CoCrFeNiMoW高熵合金(HEA)涂层进行表面功能化处理，实现了耐磨减摩的双重优化。

材料特性

实验采用纯度>99.9%的CoCrFeNiMoW复合粉末，在45钢基体上激光熔覆制备涂层。通过热力学参数计算(包括原子尺寸差δ、价电子浓度VEC等)证实该HEA体系易形成FCC+BCC双相结构，并存在未熔W颗粒的独特微观组织。

关键发现

1. 1.

   结构特征：涂层呈现花瓣状枝晶、鱼骨状枝晶和未熔W颗粒的三相组织，平均显微硬度达647.7 HV_0.2，是基体的3.9倍

2. 2.

   摩擦优化：在4.9 N载荷和6 m/min速度下，100μm直径微凹坑表现出最佳性能：

   • •

     4%面积比：以磨粒磨损为主

   • •

     8%面积比：磨粒磨损伴随轻微粘着磨损

   • •

     12%面积比：粘着磨损占主导

3. 3.

   作用机制：微凹坑通过"磨屑陷阱"效应捕获氧化碎屑，同时调控实际接触面积，有效抑制了HEA常见的脆性剥落问题。

工程价值

该研究为石油压裂泵活塞等极端工况部件表面改性提供了新方案，拓展了高熵合金在摩擦学领域的应用场景。

Conclusion

1. 1.

   CoCrFeNiMoW HEA涂层包含FCC/BCC双相结构和未熔W颗粒，其鱼骨状枝晶特征与激光重熔区定向散热相关

2. 2.

   微凹坑纹理通过调控接触机制和磨屑行为，显著改善高硬度HEA的摩擦适应性

3. 3.

   100μm直径配合4%面积比的参数组合展现出最优的综合摩擦学性能

（注：翻译严格遵循了术语规范，如HEA(高熵合金)、LST(激光表面织构化)等专业缩写均标注原文，并保留了HV_0.2等标准符号表示）