硅含量调控激光熔覆FeCoCrNiMnSix 高熵合金涂层的微观结构与性能协同优化机制

为解决传统FeCoCrNiMn高熵合金(HEA)涂层机械性能不足的问题，研究人员通过激光熔覆技术制备了不同Si含量的FeCoCrNiMnSix 涂层。研究发现Si添加诱导FCC+δ双相结构形成，使晶粒细化至网状形态，并通过晶格畸变、细晶强化和第二相强化将显微硬度提升至2.671×10?7 A/cm2 的自腐蚀电流密度，磨损率降低两个数量级。该研究为开发兼具优异耐磨-耐蚀性能的HEA涂层提供了新策略。

　　

在现代工业对材料性能要求日益严苛的背景下，传统合金已难以满足极端环境下的综合性能需求。高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)作为一种多主元合金，因其创新的成分设计策略和优异的综合性能成为研究热点。其中FeCoCrNiMn体系因其典型的面心立方(FCC)结构备受关注，但室温下的强度和硬度不足限制了其工程应用。表面工程技术如激光熔覆(Laser cladding)可通过高效灵活的方式制备合金涂层，显著提升基体的耐磨、耐蚀性能。然而，如何通过成分设计突破FeCoCrNiMn基涂层性能瓶颈，成为当前表面工程领域的关键科学问题。

针对这一挑战，兰州理工大学的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表研究，系统探究了Si含量(0-2.0 at%)对激光熔覆FeCoCrNiMnSi_x
涂层的影响。研究采用316L不锈钢为基体，通过预置粉末法进行激光熔覆，结合X射线衍射(XRD)、电化学工作站和摩擦磨损试验机等表征手段，揭示了Si诱导的相变规律与性能强化机制。

Microstructure analysis
通过混合熵(ΔSmix)、混合焓(ΔHmix)等参数计算预测相结构，发现Si含量增加使涂层从单一FCC相转变为FCC+δ双相结构。当Si含量达2.0 at%时，显微组织从条带状晶粒演变为致密的网状形态，晶粒尺寸显著细化至亚微米级。

Conclusions
研究得出三大核心结论：(1) Si添加通过晶格畸变和δ相析出产生协同强化效应，使Si2.0涂层的显微硬度达到基体316L的3倍；(2) 磨损表面形成的Co₃
O₄
/Cr₂
O₃
/SiO₂
复合钝化层将磨损率降至0.68×10^?7
mm³
/(N·m)；(3) 电化学测试显示Si2.0涂层具有最小自腐蚀电流密度(2.671×10^?7
A/cm²
)和最大阻抗弧半径，腐蚀-磨损交互作用分析表明机械磨损是材料损失的主因。

该研究的创新性在于阐明了Si元素在HEA涂层中的多尺度强化机制：原子尺度引起晶格畸变，微观尺度促进δ相析出，宏观尺度形成保护性钝化层。研究成果不仅为高性能HEA涂层的成分设计提供了理论依据，开发的FeCoCrNiMnSi_2.0
涂层在海洋装备、化工机械等腐蚀-磨损耦合工况中展现出重要应用前景。研究团队特别指出，未来可通过调控激光工艺参数进一步优化涂层致密性，这为后续研究指明了方向。