高速氧燃料喷涂AlCrFeMnNi高熵合金涂层的微结构与力学性能：动态再结晶的关键作用

为解决高熵合金涂层(HEACs)在表面工程中的应用难题，研究人员采用高速氧燃料(HVOF)喷涂技术首次制备了AlCrFeMnNi高熵合金涂层。通过系统研究涂层的微观结构演变和力学性能，发现动态再结晶(DRX)在细化晶粒和提升硬度方面发挥关键作用。研究揭示了未熔融颗粒(USs)中BCC枝晶与B2枝晶间的转变机制，以及完全熔融颗粒(FMSs)中柱状晶的形成规律。该工作为开发高性能涂层材料提供了新思路，对航空航天等领域的表面防护具有重要意义。

　　

在材料表面工程领域，开发兼具优异力学性能和耐环境侵蚀的涂层材料一直是研究热点。传统涂层材料如镍基合金和陶瓷涂层虽广泛应用，但存在强度-韧性难以兼顾的问题。高熵合金(HEAs)因其独特的多主元设计和"鸡尾酒效应"展现出突破性能极限的潜力，其中AlCrFeMnNi体系因不含昂贵的Co元素而备受关注。然而，如何通过合适的加工技术实现其涂层化应用仍面临挑战，特别是控制涂层微观结构和相组成的关键工艺亟待突破。

澳大利亚斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表创新研究，首次采用高速氧燃料(HVOF)喷涂技术制备AlCrFeMnNi高熵合金涂层。研究人员通过气体雾化制备球形原料粉末，采用GTV HVOF K2系统进行喷涂，设置喷嘴温度150K、煤油流量28L/h等参数。运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)结合能谱(EDS)分析微观结构，通过电子背散射衍射(EBSD)研究晶体学特征，并采用显微硬度和纳米压痕测试评估力学性能。

研究结果部分：
"3.1. 原料材料"显示气体雾化制备的粉末平均粒径27.5±10.4μm，呈现典型的枝晶凝固形貌。
"3.2. 涂层细节"显示涂层厚度约340μm，由未熔融颗粒(USs)、完全熔融颗粒(FMSs)等组成，氧化物含量仅0.5vol%。
"3.3. 微观结构特征"详细揭示了USs中Fe-Cr富集的BCC枝晶和Ni富集的B2枝晶间结构，在变形区通过连续动态再结晶(CDRX)形成50-250nm等轴晶。
"3.4. 动态再结晶行为"阐明CDRX通过亚晶渐进旋转主导，而间断动态再结晶(DDRX)仅局部发生，导致无显著织构。
"3.5. 力学性能"显示涂层平均显微硬度570-659HV_0.3，纳米硬度8.9±1.1GPa，B2有序相比BCC相具有更高强化效果。

这项研究系统阐明了HVOF喷涂高熵合金涂层的形成机制和强化原理。动态再结晶导致的晶粒细化、B2有序相形成以及微量氧化物分散共同贡献于涂层强化。尽管完全熔融颗粒上方的纵向裂纹会导致力学各向异性，但通过机械互锁形成的稳固涂层-基体界面为工程应用提供了保障。该工作不仅为高熵合金涂层设计提供了理论依据，其采用的HVOF技术路线更为低成本制备高性能涂层开辟了新途径，在航空航天发动机叶片防护等领域具有重要应用前景。