304不锈钢因其优异的冷加工性、延展性和中等耐腐蚀性,在航空航天、医疗和工业设备领域得到广泛应用[[1], [2], [3]]。然而,在特定环境中它仍易发生腐蚀[4],通过涂层技术可以进一步提升其性能。激光熔覆(LC)是一种广泛采用的表面改性方法,该方法利用高能量密度激光束熔化预先放置或原位输送的粉末,使其与基材表面结合形成具有特定性能的涂层[[5], [6], [7], [8]]。激光熔覆制备的涂层具有致密的微观结构和良好的附着力[[9,10]]。
高熵合金(HEAs)最初由Yeh提出[[11]]。与传统合金不同,HEAs具有多种主要金属元素、多样的相组成以及协同的多功能特性。作为涂层使用时,它们在改善基材表面性能方面表现出显著效果[[12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]]。最初,HEAs被定义为包含五种主要元素的合金,每种元素的原子浓度范围为5%至35%,而微量元素的浓度可低于5%[[21]]。基于FeCoNiCr的高熵合金因其机械性能和耐腐蚀性的协同提升而受到广泛关注。这种合金由四种过渡金属组成,在等原子比条件下倾向于形成简单的固溶体结构[[22], [23], [24]],这一特性激发了人们进一步优化其性能的广泛研究[[25], [26], [27]]。
在基于FeCoNiCr的HEAs中,非金属元素Si因原子尺寸接近主要成分元素且混合焓较低而受到重视。Li等人[[28]]研究了不同异质晶粒结构和Si含量的FeCoCrNiMn HEAs在3.5 wt%氯化钠(NaCl)溶液中的耐腐蚀性,发现Si增强了合金的自腐蚀抗性,并在所有测试的HEAs中观察到了p-n异质结。此外,Si的添加还可以改变钝化膜的厚度和组成。Song等人[[29]]系统研究了Si含量对FeCoCrNiMoCu?.?Si?(x = 0.2, 0.3, 0.4)共晶高熵合金(EHEA)涂层微观结构和电化学腐蚀行为的影响,发现Si改性的EHEA涂层在富含氯离子的海洋环境中表现出优异的耐腐蚀性,这归因于微观结构的稳定化和局部电偶腐蚀的抑制。Wu等人[[30]]研究了含有Si的非等原子比Fe??Ni??Co??Cr??Si?? HEA在3.5 wt% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,发现Si的添加促进了钝化膜中(Fe, Cr)混合硅酸盐的形成,从而提高了膜的稳定性。通过定制的HEA涂层提升304不锈钢的耐腐蚀性已成为重要的研究方向[[31,32]]。
在本研究中,通过激光熔覆技术在304不锈钢表面沉积了FeCoCrNiSi HEA涂层,以增强其耐腐蚀性,并特别关注了不同Si含量对涂层性能的影响。与金属原子相比,Si具有负混合焓,有利于形成硅化物强化相[[33]]。先前的研究表明,原本由单一FCC相组成的FeCoCrNi合金在掺杂Si后倾向于转变为BCC和NixSiy相[[34]]。通过精确调控Si含量,304不锈钢中的Fe原子逐渐融入涂层中,最终形成了独特的Fe2.5Ni1.5Si相。同时,还对FeCoCrNiSi HEA涂层的微观结构与相应性能之间的关联进行了系统研究。