动态磁场辅助激光沉积WTaNbMo/γ-(Ni, Cr)难熔高熵合金涂层的微观结构调控与高温抗氧化性能研究

为解决难熔高熵合金(WTaNbMo RHEA)的室温脆性和高温氧化失效问题，研究人员采用动态磁场辅助激光沉积技术(LD)制备了γ-(Ni, Cr)复合涂层。研究发现磁场强度90 mT/15 Hz可完全消除裂纹，62.26% γ-(Ni, Cr)含量使涂层兼具237.5 HV0.5高温硬度和6.923 mg/cm2的优异抗氧化性，其机制源于Cr2O3/CrNbO4/CrTaO4致密氧化膜的形成。该研究为核反应堆等极端环境材料设计提供了新思路。

　　

在核反应堆、航空航天发动机等极端高温环境中，材料需要同时承受热应力、机械载荷和氧化腐蚀的多重考验。传统镍基高温合金如Inconel 718虽具有良好抗氧化性，但500℃以上会出现强度骤降；而新兴的WTaNbMo难熔高熵合金(RHEA)虽具备优异高温力学性能，却面临室温脆性和高温氧化失效的双重困境。更棘手的是，激光沉积(LD)制备这类材料时，因各组元熔点、热膨胀系数差异巨大，常导致涂层成分偏析和界面裂纹。针对这些行业痛点，来自中国的研究团队创新性地将动态磁场引入激光沉积工艺，通过调控γ-(Ni, Cr)含量开发出兼具高温强度与抗氧化性的新型复合材料，相关成果发表在《Surface and Coatings Technology》。

研究采用球磨混合WTaNbMo与Inconel 718粉末（含γ-(Ni, Cr)相），通过设置0-90 mT磁场强度、15-25 Hz频率参数进行激光沉积。利用液体渗透检测、XRD、SEM等技术分析微观结构，通过1000℃/24h氧化实验评估性能，结合Image-Pro软件量化裂纹长度。

Microstructure
在90 mT/15 Hz磁场参数下，涂层表面裂纹完全消除（M3组），较无磁场组降低100%。磁场促进熔池对流使晶粒尺寸减小79.19%，织构强度降低57.39%。能谱分析显示元素分布均匀性显著提升，解决了传统LD的偏析问题。

Conclusion
研究证实动态磁场通过洛伦兹力驱动熔池流动，有效抑制裂纹并细化组织。当γ-(Ni, Cr)含量为62.26%时，涂层在1000℃下形成Cr₂O₃/CrNbO₄/CrTaO₄多层氧化膜，使24h氧化增重仅6.923 mg/cm²，同时保持237.5 HV_0.5的高温硬度。该工作首次实现RHEA涂层强度-抗氧化性的协同优化，为下一代高温部件制造提供了工艺-材料一体化解决方案。

讨论
该研究的突破性在于：① 揭示磁场频率对裂纹抑制的阈值效应（15Hz达最佳效果）；② 量化γ-(Ni, Cr)含量对性能的非线性影响（超过80%会导致硬度骤降）；③ 阐明复合氧化膜的协同保护机制。值得注意的是，作者声明使用Deepseek辅助语言润色但保持学术严谨性，研究获国家自然科学基金（52305193）等资助，具有明确的工程应用前景。