激光熔覆制备AlCoCrFeNi2 Cu高熵合金涂层的微观组织与耐蚀性研究

为解决304不锈钢表面性能提升问题，研究人员采用伪二元设计策略开发了AlCoCrFeNi2 Cu高熵合金（HEA），通过激光熔覆技术（2200 W/5 mm/s）获得无缺陷涂层。该涂层由FCC(L12 )、B2相及富Cu相组成，显微硬度达250 HV0.2 ，极化曲线和EIS测试显示其自腐蚀电位高、电流密度低，耐蚀性优于304不锈钢，为工业防护涂层开发提供新思路。

　　

【研究背景】
在海洋工程、化工设备等领域，304不锈钢因成本低廉、加工性能好被广泛应用，但其硬度不足、局部耐蚀性差的缺陷常导致关键部件失效。传统合金设计已接近性能极限，而高熵合金（High-entropy alloy, HEA）通过多主元协同效应展现出突破性潜力。然而，现有HEA涂层普遍存在相结构调控难、与基体结合强度低等问题。如何通过创新设计获得兼具优异力学性能和耐蚀性的HEA涂层，成为材料领域的研究热点。

【研究概况】
某中国研究团队在《Materials Characterization》发表论文，采用伪二元设计策略开发了AlCoCrFeNi₂
Cu HEA涂层，通过激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出冶金结合良好的涂层。结合Thermo-Calc模拟与实验验证，发现该涂层由FCC(L1₂
)基体相、B2晶界相和富Cu相组成，其硬度提升至250 HV_0.2
，自腐蚀电流密度较基体降低一个数量级，为开发新一代防护涂层提供了理论和技术支撑。

【关键技术】
研究采用激光熔覆技术（参数优化为2200 W/5 mm/s）制备涂层，通过XRD、SEM/EDS分析微观结构，利用显微硬度仪和电化学工作站（极化曲线/EIS）测试性能，结合Thermo-Calc软件进行相组成模拟验证。

【研究结果】

1. 微观结构特征
   激光熔覆形成的涂层呈现典型快速凝固组织，Thermo-Calc模拟显示其由FCC(L1₂
   )相（基体）、B2相（晶界）及富Cu过渡相组成，与实验结果高度吻合。这种多相结构源于Cu元素在AlCoCrFeNi₂
   体系中的偏聚效应。

2. 力学性能
   涂层显微硬度分布均匀，最高值达250 HV_0.2
   ，较304不锈钢基体（约200 HV_0.2
   ）提升25%。硬度提升主要归因于B2相的强化作用和快速凝固形成的细晶结构。

3. 电化学行为
   在3.5% NaCl溶液中，涂层的自腐蚀电位（-0.25 V）显著正于基体（-0.32 V），自腐蚀电流密度（1.2×10^-7
   A/cm²
   ）降低近10倍。EIS谱显示其容抗弧半径更大，阻抗模值高出基体1个数量级，表明富Cu相的存在有效阻隔了腐蚀介质扩散。

【结论与意义】
该研究通过成分设计与工艺优化，成功制备出具有"FCC+B2+富Cu相"多级结构的HEA涂层，其独特的相组成使硬度与耐蚀性同步提升。特别值得注意的是，富Cu相在相界处的选择性分布，既缓解了B2相与FCC相的晶格失配应力，又通过阴极保护机制提升了整体耐蚀性。这项研究不仅为不锈钢表面强化提供了新方案，更揭示了多相协同设计在HEA开发中的重要作用，对航空航天、海洋装备等领域的材料研发具有指导价值。