采用激光熔覆技术制备的NbMoTaW难熔高熵合金涂层：从工艺参数到磨损机理

《Surface and Coatings Technology》：NbMoTaW refractory high entropy alloy coatings prepared by laser cladding: From process parameters to wear mechanisms

高熵合金涂层激光熔覆制备与性能优化研究。采用超高速激光熔覆技术在Ni60A基体上制备NbMoTaW高熵合金涂层，系统研究扫描速度、激光功率、粉末给料速率三参数协同作用对涂层显微组织、相分布、硬度（12.95GPa）及磨损性能（磨损率1×10-1μm2/N·s2）的影响。发现当K=15.55,M=0.02,U=49.51时，涂层晶粒细化至95.23%占比，低角度晶界达97%，B2相强化析出Mo、Ta元素，显著提升抗塑性变形能力和加工硬化效应。基于相图计算验证了该参数组合的优化效果，为航天器关键部件表面改性提供理论依据和实践指导。

　　在当前的工业应用中，材料的性能和耐用性是决定其使用价值的关键因素。特别是在高温、高压以及高磨损的环境下，传统材料往往难以满足复杂工况的需求。为此，科学家们不断探索新型材料，其中，高熵合金（High Entropy Alloys, HEAs）因其独特的结构和优异的性能引起了广泛关注。高熵合金通常由五种或更多种金属元素组成，具有高熵效应和慢扩散效应，这些特性使得其在极端条件下表现出更高的稳定性和更强的机械性能。而难熔高熵合金（Refractory High Entropy Alloys, RHEAs）则在这一领域中进一步展现出其独特的优势，尤其是在表面保护方面。

难熔高熵合金因其出色的耐磨性能，成为表面保护技术研究的热点。其中，NbMoTaW难熔高熵合金（RHEAs）作为一类具有代表性的材料，具有较高的熔点和良好的热稳定性，适用于高温环境下的应用。本文研究了如何通过超高速激光熔覆技术，在Ni60A基体上制备NbMoTaW RHEA耐磨涂层。该技术能够实现高能量密度的输入，使材料表面迅速熔化并快速凝固，从而形成具有优良性能的涂层。通过这一过程，不仅能够改善基体的表面性能，还能在微观层面实现晶粒细化和晶界分布的优化，从而提升涂层的综合性能。

研究重点在于分析多个工艺参数的协同作用对NbMoTaW涂层性能的影响。这些参数包括激光能量密度（K）、单位面积粉末流量（M）和单位面积熔覆量（U）。通过系统地研究这些参数的变化，可以更好地理解它们对涂层微观结构、机械性能以及耐磨机制的影响。研究发现，当采用K=15.55、M=0.02、U=49.51的参数组合时，所制备的涂层表现出高度的晶粒细化，其中小晶粒占比达到95.23%。此外，易滑移系统占比为85.1%，低角度晶界占比达到97%，这使得涂层具有最大的晶格畸变，最佳的抗塑性变形能力和工作硬化效果。在这样的参数条件下，涂层的硬度达到了12.95 GPa，弹性模量为209.21 GPa，同时磨损率被降低至1×10?1? μm2×N?1。这些数据表明，该参数组合在提升涂层性能方面具有显著优势。

在涂层的微观结构中，B2短程有序相作为强化相均匀分布，其中包含Mo和Ta元素。这种短程有序相的形成不仅增强了涂层的强度，还改善了其整体性能。此外，研究还发现，细晶强化、固溶强化和析出强化等多种强化机制共同作用，显著提升了涂层的机械性能。这表明，通过合理的工艺参数调控，可以实现多种强化机制的协同效应，从而优化涂层的综合性能。

在摩擦过程中，Nb?O?氧化膜容易发生分解，而Ta?O?则能够紧密附着在磨损界面，提供润滑保护。这种特性使得涂层在高温摩擦条件下仍能保持良好的耐磨性能，从而实现磨损率的降低。通过这一机制，涂层不仅能够承受高温和高压的环境，还能在摩擦过程中维持其结构的稳定性，从而延长使用寿命。

为了进一步提升涂层的性能，研究还探讨了如何通过工艺参数的优化，实现涂层的微观结构调控。例如，通过调整激光扫描速度、激光功率和粉末供给速度，可以控制涂层的晶粒尺寸、晶界分布以及相组成。这些参数的协同作用对于涂层的性能具有决定性影响，因此，有必要对它们进行系统研究，以找到最佳的参数组合。此外，研究还强调了在涂层设计过程中，结合相图计算和模拟分析的重要性。通过这些方法，可以更准确地预测涂层的性能变化，从而指导实际的制造过程。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还发现，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了确保涂层的质量，研究还强调了对工艺参数的精细调控。例如，在激光熔覆过程中，需要确保粉末的均匀分布和激光能量的合理输入，以避免涂层中的成分偏析和结构缺陷。这些缺陷可能会导致应力集中，从而影响涂层的性能。因此，通过优化工艺参数，可以有效减少这些不利因素，提高涂层的整体质量。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层的制备需要在高能激光熔覆条件下进行，以确保涂层的快速凝固和晶粒细化，从而提升其综合性能。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层不仅能够提高基体的耐磨性能，还能在高温和高压环境下保持良好的稳定性。这使得其在航天、航空等高端工业领域具有广泛的应用前景。然而，由于NbMoTaW RHEA的元素复杂性和熔点差异，其在熔覆过程中的成分偏析和结构缺陷问题仍然存在。因此，研究还探讨了如何通过优化工艺参数和采用先进的制造技术，解决这些问题，从而提高涂层的性能和可靠性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了确保涂层的质量，研究还强调了对工艺参数的精细调控。例如，在激光熔覆过程中，需要确保粉末的均匀分布和激光能量的合理输入，以避免涂层中的成分偏析和结构缺陷。这些缺陷可能会导致应力集中，从而影响涂层的性能。因此，通过优化工艺参数和采用先进的制造技术，可以有效减少这些问题，提高涂层的整体质量。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还强调了对涂层微观结构的系统分析。例如，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术，可以观察涂层的形态、相组成和晶界分布。这些信息对于理解涂层的性能变化和优化制造工艺具有重要意义。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在高温和高压环境下仍能保持较高的耐磨性。

在实际应用中，NbMoTaW RHEA涂层的制备不仅需要考虑工艺参数的优化，还需要关注涂层的微观结构和性能的稳定性。例如，在高温环境下，涂层可能会发生氧化或相变，这将影响其性能。因此，研究还探讨了如何通过适当的工艺控制，减少这些不利因素的影响，从而提高涂层的耐久性和适用性。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在高温度摩擦条件下表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。

为了进一步提升涂层的性能，研究还特别关注了涂层的微观结构和性能的稳定性。通过系统的实验和分析，可以更深入地理解这些参数对涂层性能的影响，并找到最佳的参数组合。此外，研究还强调了在实际应用中，如何通过优化工艺参数和采用先进的制造技术，提高涂层的性能和可靠性。这不仅有助于提升涂层的耐磨性能，还能确保其在高温和高压环境下的稳定性和耐久性。

总的来说，本文的研究为难熔高熵合金涂层的设计和制造提供了理论依据和实践指导。通过超高速激光熔覆技术，在Ni60A基体上制备NbMoTaW RHEA涂层，不仅能够提高基体的耐磨性能，还能在高温和高压环境下保持良好的稳定性。同时，通过分析多个工艺参数的协同作用，可以更全面地理解涂层性能的变化，并找到最佳的参数组合，从而优化涂层的性能。此外，研究还指出，NbMoTaW RHEA涂层在摩擦过程中表现出良好的自润滑性能，这使得其在复杂工况下具有更强的适应性。这些研究成果不仅为实际应用提供了指导，也为未来的研究方向提供了新的思路。