华中农业大学陶瓷顶刊：三种高熵合金表面原位制备的硼化硬质涂层的力学和摩擦学性能

近日，华中农业大学工学院万强副教授团队在高熵合金硬质涂层材料方向取得重要进展，相关研究成果以“Mechanical and tribological properties of in-situ prepared boride hard coatings on the surface of three HEAs”（三种高熵合金表面原位制备的硼化硬质涂层的力学和摩擦学性能）为题发表在陶瓷领域顶级学术期刊《Ceramics International》（JCR Q1，IF= 5.1）。工学院2024级专业硕士研究生马文昊为论文第一作者，工学院万强副教授为通讯作者，华中农业大学工学院为该论文唯一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金青年科学基金项目、中央高校基本科研业务费基金项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.423

由于特殊的结构和卓越的力学性能，自多主元高熵合金（HEAs）的概念提出以来，就受到了科学家和工程师的广泛关注。这些合金的优越力学特性，包括硬度、屈服强度和延展性，归因于多主元HEAs中由于高构型混合熵所促进的固有稳定高溶解度，先前的研究已经证实了HEAs的卓越性能，尤其是在腐蚀环境下。然而，现代工业应用对机械性能提出了更高的要求，不仅仅是强度和韧性。此外，对于在海洋环境中运行的机械部件所使用的材料来说，出色的表面硬度以抵抗磨损也是至关重要的。

本研究基于FeCoCrNiAl0.1、FeCoCrNiMn和HfNbZrTi三种代表性高熵合金（HEAs）的表面采用固体渗硼制备了硼化涂层。基于SEM、EPMA、XRD和TEM分析了涂层的微观结构和元素分布。基于纳米压痕分析了涂层的力学性能与弹塑性能。基于摩擦磨损试验机、超景深显微镜与SEM分析了涂层的摩擦磨损性能并揭示了三种硼化高熵合金的磨损机制。渗硼处理后，HEAs表面分别形成了连续且致密的硼化物涂层。FeCoCrNiAl0.1、FeCoCrNiMn和HfNbZrTi的硼化物涂层厚度分别为22.91、21.35和9.99 μm。金属硼化物涂层的形成使FeCoCrNiAl0.1、FeCoCrNiMn和HfNbZrTi的硬度从低于10 GPa分别提高到34.32 GPa、33.33 GPa和13.52 GPa。渗硼处理后的HEAs在干摩擦中的摩擦系数分别为0.14、0.11和0.15，在去离子水中和3.5% NaCl(aq)中分别降低到0.07、0.06和0.07。渗硼HEAs的磨损机制主要为磨粒磨损。本研究为HEAs的表面强化和耐磨性能提供了一种新策略。

【作者简介】

万强副教授，工学博士，硕士生导师。2016年毕业于武汉大学，获材料学博士学位，2016年7月起供职于华中农业大学工学院。主要从事金属材料表面改性研究，重点开展摩擦、腐蚀防护与抗辐照涂层研发，主持国家自然科学基金、华中农业大学创新基金等项目共5项，参与教学改革项目3项，近五年累计指导5个省级及以上本科生科技创新项目，本科生发表SCI/EI论文3篇，获评华中农业大学校级十佳项目1次，挑战杯省奖、国奖3次。所指导学生多人获得国家奖学金，并保送至上海交通大学、武汉大学、厦门大学等高校攻读硕士、博士深造。欢迎材料、机械等相关专业学生报考研究生，也欢迎踏实勤奋、学有余力本科生加入团队研究工作。

来自微信公众号“材料科学与工程”。感谢论文作者团队大力支持。