TIG熔覆Fe基AlCoCrNiTi0.5高熵合金涂层强化低碳钢：组织、硬度与耐蚀性提升研究

《Surface and Coatings Technology》：TIG-clad Fe-based AlCoCrNiTi 0.5 high-entropy alloy coating on low-carbon steel: microstructure, microhardness, and corrosion resistance

本文系统探讨了采用TIG（钨极惰性气体保护焊）熔覆技术在低碳钢表面制备AlCoCrFe12NiTi0.5高熵合金（HEA）涂层的工艺及性能。研究表明，该涂层形成了以Fe为主的BCC（体心立方）+FCC（面心立方）固溶体基体及Al-Ti金属间化合物析出相的多相结构，使显微硬度提升196.32%（达563 HV），开路电位正移至645 mVSCE，腐蚀电流密度降低80%，显著增强了基材的力学性能与耐腐蚀性，为低碳钢表面功能化改性提供了有效途径。

　　

研究亮点

TIG熔覆的相分析

根据SEM-EDS（扫描电子显微镜-能谱仪）分析（图3，表7；详见第4.2节），涂层由Al（6.20 at.%）、Co（5.78 at.%）、Cr（7.67 at.%）、Fe（71.73 at.%）、Ni（6.02 at.%）和Ti（2.59 at.%）组成。与原始AlCoCrFeNiTi_0.5高熵合金粉芯填料相比，显著的Fe富集源于可控的基材稀释（D = 61.14 ± 1.78%），由特定热输入（P_s = 748 J/mm）和电弧稳定性驱动，有效将成分改变为近似AlCoCrFe₁₂NiTi_0.5。

相形成与理论预测比较

高熵合金的相稳定性由热力学、结构和电子参数共同决定，这些参数为预测平衡和非平衡条件下的相形成提供了框架。对于AlCoCrFeNiTi_0.5高熵合金填料，计算得到的热力学参数（混合熵?S_mix ≈ 14.69 J/(mol·K)，混合焓ΔH_mix ≈ ?17.56 kJ/mol，参数Ω ≈ 1.43；见表4）表明其倾向于形成固溶体，因为Ω ≥ 1.1通常促进随机固溶体的形成。

结论

在本研究中，通过TIG熔覆技术在低碳钢上成功制备了AlCoCrFe₁₂NiTi_0.5高熵合金涂层。该涂层显著提高了显微硬度和耐腐蚀性能，解决了基材在强度和环境耐久性方面的固有局限性。主要发现总结如下：

1. 1.
   涂层显示出复杂的多相微观结构，包括富Fe的BCC + FCC固溶体基体和细密分布的Al-Ti金属间化合物析出相。