激光/超高频感应复合沉积制备CoCrFeNiAlNb0.3高熵合金涂层的微观结构演变与性能优化研究

为解决激光沉积高熵合金涂层易开裂、性能受限的难题，山东理工大学团队创新性地采用激光/超高频感应(UHF)复合沉积技术，系统研究了CoCrFeNiAlNb0.3涂层的微观结构调控机制。研究发现UHF感应热通过抑制Laves相析出、增加BCC相含量，使涂层显微硬度提升56.95%至704.7 HV，摩擦系数降低至0.391，为工业防护涂层开发提供新思路。

　　

在航空航天和能源装备领域，高熵合金(HEA)涂层因其卓越的机械强度和耐腐蚀性成为研究热点。然而传统激光沉积技术面临两难困境：为提升性能添加的Nb、Al元素会引发Laves相(Cr₂Nb)析出和BCC/FCC相间晶格失配，导致涂层开裂；而降低热应力又可能牺牲性能。这种"鱼与熊掌不可兼得"的局面严重制约了CoCrFeNi基高熵合金的实际应用。

山东理工大学的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——将频率超过750 kHz的超高频感应(UHF)热源与传统激光沉积联用。这种创新工艺通过精确控制热场分布和熔池电磁搅拌，实现了涂层质量和性能的双重突破。

研究采用多尺度表征技术体系：通过X射线衍射(XRD)分析相组成变化，扫描电镜(SEM)观察微观形貌，显微硬度仪评估力学性能，摩擦磨损试验机测试耐磨性，电化学工作站测定腐蚀行为。所有实验均以AISI 1045钢为基底，对比不同电流密度(0-1.14×10⁸ A·m^?2)下制备的涂层性能差异。

Material and deposition experiments
实验采用CoCrFeNi预合金粉末与Al、Nb单质粉末混合，通过参数化调控的激光-UHF复合沉积系统，实现了对熔池温度梯度和冷却速率(原>10⁸ K/s)的精确干预。

XRD patterns analysis
关键发现显示：UHF感应热使Laves相衍射峰强度随电流密度增加而衰减，BCC相含量显著提升。在最优参数下，U3组涂层中Laves相体积分数降低42.6%，破解了析出相致裂的难题。

Conclusion
研究得出三大突破性结论：(1)UHF感应热通过降低热应力集中，使裂纹密度下降83.7%；(2)电磁搅拌作用细化晶粒并抑制元素偏析，形成均匀的BCC基体；(3)在1.14×10⁸ A·m^?2参数下，涂层磨损率降至2.28×10^?3 mm³·N^?1·m^?1，腐蚀电流密度降低一个数量级。

这项研究的意义不仅在于解决了高熵合金涂层工程应用的卡脖子问题，更开创了通过外场调控实现材料性能定制的新范式。其开发的UHF-激光协同工艺为航空发动机叶片、核电阀门等关键部件的表面强化提供了全新的技术路线，相关成果已申请中国发明专利。值得注意的是，该团队发现的"电磁搅拌-相组成"定量关系，为后续开发智能调控系统奠定了理论基础。