年5月27日，特种材料研究所今年第8期学术报告会顺利举办。本次报告会题目为“镁合金表面AlFeCrCo基多主元合金涂层的制备及其耐磨性研究”，由高温材料与表面改性组赵德超博士主讲。
报告会上，赵德超介绍了采用新型电阻缝焊法制备镁合金表面AlFeCrCo基多主元合金涂层的技术的研究。特材所师生参加了本次学术报告会，并针对课题内容进行了学术交流探讨。
镁合金作为最有前途的轻质结构材料之一，广泛用于汽车和航空航天等众多领域。但是，硬度低、耐磨性差等缺点限制了镁合金的进一步应用。表面涂层技术是解决这些问题的有效手段。然而，镁合金低熔点的特性又使得许多传统的表面涂层方法不再适用；同时，研发制备高性能的涂层也是未来轻金属合金表面技术发展的重要方向。高熵合金(HEA)是由五种或五种以上等量或大约等量的金属元素形成的多主元合金。在众多HEA体系中AlFeCrCo基高熵合金兼具优异的耐蚀性和比强度，所以此类合金具有应用于涂层的潜力。
基于上述考虑，赵德超博士首次创新性地采用电阻缝焊的方法在镁合金表面快速(≥0.5m/min)地实现AlFeCrCo基多主元合金涂层的制备，并在不同环境下对其耐磨性进行了综合性的评价。如图1所示，相比于高能量密度的激光熔覆或电子束等现阶段主流高熵合金涂层制备技术，电阻缝焊法采用电流的焦耳热效应作为能量输入并借助两个电极的压力自动实现对粉末的固定以及后续的焊接。整个焊接过程一次完成并且低能量密度的电流可减小对基体的不利影响。此外，该方法易于快速地制备连续的涂层，具有设备简单，操作便利等特点。
图1不同表面涂层技术制备镁合金表面高熵合金涂层对比图
另一方面，研究揭示了基于电流焦耳热效应的焊接方式在克服涂层与基体的大幅度熔点差异性(~2倍)的原理，如图2所示，计算结果显示瞬时焦耳热效应的高温仅仅集中于相邻粉末间的微小区域(≤0.75μm),并不会直接作用于基体，所以该方法既可以使高熔点的粉末相互结合形成涂层又能够在理论上最大程度的避免损伤基体。
图2电阻缝焊法中瞬时焦耳热与粉末温度的关系，(a)焊接电路原理，(b)粉末间瞬时温度分布结果，(c)~(d)涂层中粉末颗粒的结合状态。
值得注意的是，相邻粉末结合后电流便可顺利地通过，焦耳热的高温效应也会自动消失，这种瞬态的非平衡冶金结合赋予了涂层内部无序分布的亚微米级别的细小晶粒并且镁合金基体中没有出现热影响区（如图3），而来自电极的压力和少量镁元素的渗透行为使涂层和基体产生良好的结合。
图3电阻缝焊法制备镁合金表面AlFeCrCo基多主元合金涂层的过程原理、特点及耐磨性表现
兼具高硬度(HV)和良好耐蚀性的AlFeCrCo基多主元合金涂层在不同测试介质中（尤其是腐蚀性环境）表现出优异的耐磨性，平均磨损率仅为基体的十分之一。
研究表明，电阻缝焊法制备的该涂层在不同环境中均能为基体提供良好的耐磨性保护。最后，为了降低涂层密度以及进一步提高其耐磨性，研究还通过引入TiC陶瓷增强相并制备出TiC/AlFeCrCo基复合涂层，拓宽了镁合金表面涂层材料的适用范围。
赵德超，博士，年3月毕业于（日本）九州工业大学材料工学专业，于年4月加入上海交通大学特种材料研究所。博士期间主要从事铝/镁合金表面高/中熵合金基耐磨性涂层的研究，并以第一作者在MaterialsDesign、AppliedSurfaceScience等国外期刊发表SCI论文3篇；相关研究申请获得“日本铝合金研究助成项目”（全日本12件），并在INALCO和Visual-JWWSE等国际会议中发表且荣获“TheExcellentPaperAwardtoStudent”。日本轻金属学会会员，曾获日本文部省JASSO奖学金，九州工业大学基金博士奖学金。
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