Y2 O3 增强CoCrNi中熵合金涂层的激光熔覆参数优化及其高温耐磨与耐腐蚀性能研究

为解决传统CoCrNi中熵合金高温性能不足的问题，研究人员通过响应面法（RSM）优化激光熔覆参数，制备Y2 O3 增强涂层。结果表明，优化参数（激光功率425.2?W、扫描速度581.9?mm/min、送粉率8.76?g/min）显著提升涂层性能：高温磨损面积减少75%，自腐蚀电流密度降低33%。该研究为工业应用提供了可靠的工艺指导。

　　

在航空航天和能源领域，材料的高温性能是决定部件寿命的关键因素。传统CoCrNi中熵合金（MEA）虽具有优异的室温力学性能，但在高温环境下易因动态回复和晶界迁移导致强度骤降，严重制约其应用。更棘手的是，常规铸造法制备的块体合金成本高昂，而涂层技术又面临工艺参数与性能关联不清的难题。如何通过低成本、高效率的激光熔覆技术，开发兼具高温稳定性和耐腐蚀性的涂层，成为表面工程领域的重大挑战。

中国国家自然科学基金支持的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表论文，提出了一种创新解决方案。该研究以Y₂
O₃
（氧化钇）为增强相，采用响应面法（RSM）系统优化激光熔覆参数，成功制备出性能优异的CoCrNi基复合涂层。研究发现，纳米级Y₂
O₃
颗粒通过氧化物弥散强化（ODS）机制，不仅能钉扎位错和晶界，还能促进保护性氧化膜形成，从而同步提升涂层的高温耐磨和耐腐蚀性能。

关键技术方法包括：基于Box-Behnken设计（BBD）的15组单道熔覆实验，建立激光功率-扫描速度-送粉率与涂层形貌的预测模型；通过316L不锈钢基体上的涂层制备，结合显微硬度计、高温摩擦磨损试验机（450℃）和电化学工作站进行性能表征；采用EBSD和XRD分析微观结构与相组成。

Results and discussion
通过方差分析（ANOVA）验证，激光功率对稀释率影响最显著（P<0.0001），而扫描速度主导宽高比变化。优化参数下涂层的预测误差仅为0.78%（稀释率）、8.22%（宽高比）和6.46%（熔覆面积），模型可靠性得到实验证实。

Multi-objective optimization strategies
多目标优化框架将稀释率设为最高优先级（重要性5级），最终参数使涂层获得215.2-233.4?HV_0.2
的均匀显微硬度。高温摩擦实验显示，涂层摩擦系数稳定在0.8921，磨损面积较316L基体降低75%。

Conclusions
该研究突破性地实现了三个目标：一是建立RSM驱动的工艺优化体系，误差控制在8.5%以内；二是揭示Y₂
O₃
通过细化FCC单相固溶体（晶粒尺寸<50?nm）提升性能的机制；三是证实涂层自腐蚀电流密度（2.28×10^?5
?mA/cm²
）较基体降低33%。Minsheng Hong等学者的工作为工业化生产高性能MEA涂层提供了标准化方案，其创新性体现在将传统ODS强化与激光熔覆的快速凝固优势相结合，解决了高温环境下强度-耐蚀性协同提升的难题。

这项研究的深远意义在于：一方面，优化的工艺窗口（如581.9?mm/min扫描速度）可直接移植到工业级激光设备；另一方面，提出的"纳米氧化物+中熵合金"设计范式，为开发新一代高温防护材料开辟了新途径。未来研究可进一步探索Y₂
O₃
与化学短程有序效应的协同机制，以及在更高温度（>600℃）下的长期稳定性。