脉冲电流辅助超声滚压技术对激光熔覆高熵合金涂层动态压缩性能的影响

李大利; 王宏都; 刘昊; 梁辉跃; 朱海涛; 郝敬宾; 赵啦啦

doi:10.20176/j.cnki.nxdz.20260407

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

脉冲电流辅助超声滚压技术对激光熔覆高熵合金涂层动态压缩性能的影响

更新时间：2026-04-28

- 脉冲电流辅助超声滚压技术对激光熔覆高熵合金涂层动态压缩性能的影响
- Influence of Electropulsing-Assisted Ultrasonic Surface Rolling Process on the Dynamic Compression Properties of Laser Cladding High-Entropy Alloy Coatings
- 宁夏大学学报(自然科学版中英文) 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 221116
  2.玉溪大红山矿业有限公司，云南玉溪 653405
- 作者简介：
  
  李大利(2001—)，男，博士研究生，主要从事表面改性与摩擦学研究，(电子信箱)lidali@cumt.edu.cn。
  刘昊(1985—)，男，副教授，博士研究生导师，主要从事表面工程、摩擦学和激光增材制造与再制造技术研究，(电子信箱)liuhao56@cumt.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52375223);江苏省基础研究计划项目(BK20252088);江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养项目;浙江省重大科技计划项目（2026LDC01038（HY））
- DOI：10.20176/j.cnki.nxdz.20260407
  中图分类号：
- 收稿：2025-12-16，
  
  网络首发：2026-04-28，
- 稿件说明：
移动端阅览
李大利，王宏都，刘昊，等.脉冲电流辅助超声滚压技术对激光熔覆高熵合金涂层动态压缩性能的影响［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），XXXX，XX（XX）：1-10.

Li Dali，Wang Hongdu，Liu Hao，et al.Effect of Pulsed Current Assisted Ultrasonic Rolling on the Dynamic Compressive Properties of Laser-Cladded Al_1.5Co_0.5CrFeNi₂（TiB）_x （x = 0， 0.25） High-Entropy Alloy Coatings［J］.Journal of Ningxia University （Natural Science Edition in Chinese and English），XXXX，XX（XX）：1-8.
李大利，王宏都，刘昊，等.脉冲电流辅助超声滚压技术对激光熔覆高熵合金涂层动态压缩性能的影响［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），XXXX，XX（XX）：1-10. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260407.

Li Dali，Wang Hongdu，Liu Hao，et al.Effect of Pulsed Current Assisted Ultrasonic Rolling on the Dynamic Compressive Properties of Laser-Cladded Al_1.5Co_0.5CrFeNi₂（TiB）_x （x = 0， 0.25） High-Entropy Alloy Coatings［J］.Journal of Ningxia University （Natural Science Edition in Chinese and English），XXXX，XX（XX）：1-8. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260407.

摘要

针对深部长壁采煤刮板输送机中部槽在高应变率循环冲击-磨粒磨损耦合作用下易发生表界面失效的问题，以激光熔覆 Al

1.5

0.5

CrFeNi

（TiB）

（

=0，0.25）高熵合金涂层为研究对象，采用脉冲电流辅助超声滚压（electropulsing-assisted ultrasonic surface rolling process，EP-USRP）技术，构建晶粒尺寸、位错密度与残余应力呈梯度分布的表层强化结构涂层。通过显微硬度测试、纳米压痕实验、电子背散射衍射技术及分离式霍普金森压杆动态压缩实验，分析不同组织形态涂层的组织-性能关系及其失效机制。结果表明：

B （

代表金属元素）增强相，显著提升了涂层的硬度及其

、

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=106956643&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=106956619&type=

1.10066664

3.80999994

等指标，进而提高其变形恢复能力；EP-USRP技术未改变涂层的物相组成，但在涂层表层形成了梯度加工硬化层与压缩残余应力区，这在动态压缩过程中可抑制裂纹贯穿扩展与涂层剥落，进而提升了涂层-基体界面的协同变形能力。涂层动态失效主要源于基体与涂层在压缩变形量上的不匹配，涂层的刚性对涂层-基体界面施加反向拉应力，诱发裂纹与撕裂孔并使其向涂层扩展，而表层梯度强化层有效抑制了裂纹向涂层扩展。研究结果可为合金涂层的设计与工程应用提供参考。

Abstract

To address the issue of surface interface failure under the coupling effect of high strain cyclic impact and abrasive wear in the central trough of deep long-wall coal mining scrapper conveyors， this study focuses on the laser cladding Al

1.5

0.5

CrFeNi

（TiB）

（

=0， 0.25） high-entropy alloy （HEA） composite coating. Utilizing electropulsing-assisted ultrasonic surface rolling process （EP-USRP） technology， a surfac

e strengthening structure with a gradient distributions of grain size， dislocation density， and residual stress was constructed. Through microhardness testing， nanoindentation experiments， EBSD characterization， and split Hopkinson pressure bar （SHPB） dynamic compression tests， the relationship between the microstructure and performance of coatings with different morphological forms， as well as their failure mechanisms， were analyzed. The results indicate that the

B（

represents metal elements） reinforcing phase significantly enhances the hardness of the coating and improves indicators such as

and

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=106956604&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=106956633&type=

1.18533325

4.40266657

， thereby improving the coating’s deformation recovery capability. The EP-USRP did not change the phase composition of the coatings； however， the gradient work-hardened layer and compressed residual stress zone formed on the coating surface can inhibit crack propagation and coating delamination during dynamic compression， thereby enhancing the cooperative deformation capability of the coating-substrate interface. The dynamic failure of the coating primarily arises form the mismatch in the amount of compressive deformation between the substrate and the coating. The rigidity of the coating applies a reverse tensile stress to the coating-substrate

interface， including cracks and tearing holes that extend into the coating； meanwhile， the surface gradient strengthened layer effectively suppresses the extension of cracks into the coating. The research results can provide references for the design and engineering application of alloy coatings.

关键词

Keywords

references

夏蕊 . 多因素耦合作用下刮板输送机中部槽磨损特性与预测［D］. 太原：太原理工大学， 2019 .

鞠鹏飞，张达威，吉利，等 . 苛刻环境下材料表面防护技术的研究进展［J］. 中国表面工程， 2019 ， 32 （ 4 ）： 1 - 16 .

HUO Kun ， ZHOU Jianzhong ， DAI Fengze ， et al . Particle distribution and microstructure of IN718/WC composite coating fabricated by electromagnetic compound field-assisted laser cladding ［J］. Applied Surface Science ， 2021 ， 545 ： 149078 . DOI： 10.1016/j.apsusc. 2021.149078 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149078 .

ZHAO Lei ， ZHENG Wangshu ， HU Ying ， et al . Heterostructured metal matrix composites for structural applications：A review ［J］. Journal of Materials Science ， 2024 ， 59 （ 22 ）： 9768 - 9801 .

CHOU Y L ， YEH J W ， SHIH H C . The effect of molybdenum on the corrosion behaviour of the high-entropy alloys Co 1.5 CrFeNi 1.5 Ti 0.5 Mo x in aqueous environments ［J］. Corrosion Science ， 2010 ， 52 （ 8 ）： 2571 - 2581 .

YOUSSEF K M ， ZADDACH A J ， NIU C ， et al . A Novel low-density， high-hardness， high-entropy alloy with close-packed single-phase nanocrystalline structures ［J］. Materials Research Letters ， 2015 ， 3 （ 2 ）： 95 - 99 .

FESHARAKI M N ， SHOJA-RAZAVI R ， MANSOURI H A ， et al . Microstructure investigation of inconel 625 coating obtained by laser cladding and TIG cladding methods ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2018 ， 353 ： 25 - 31 .

HE Jun ， XU Baijie ， XU Xizhen ， et al . Review of femtosecond-laser-inscribed fiber bragg gratings： Fabrication Technologies and sensing applications ［J］. Photonic Sensors ， 2021 ， 11 （ 2 ）： 203 - 226 .

DUAN Chenfeng ， QU Shengguan ， SUN Pengfei ， et al . Effect of heating-assisted ultrasonic surface rolling on the microstructure evolution and wear behavior of martensitic steel ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2024 ， 483 ： 130759 . DOI： 10.1016/j.surfcoat. 2024.130759 http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130759 .

LUAN Xiaosheng ， ZHAO Wenxiang ， LIANG Zhiqiang ， et al . Experimental study on surface integrity of ultra-high-strength steel by ultrasonic hot rolling surface strengthening ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2020 ， 392 ： 125745 . DOI： 10.1016/j.surfcoat. 2020.125745 http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125745 .

ALIZADEH-SH M ， MARASHI S P H ， RANJBARNODEH E ， et al . Prediction of solidification cracking by an empirical-statistical analysis for laser cladding of Inconel 718 powder on a non-weldable substrate ［J］. Optics & Laser Technology ， 2020 ， 128 ： 106244 . DOI： 10.1016/j.optlastec.2020.106244 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106244 .

BENOIT M J ， SUN Shida ， BRANDT M ， et al . Processing window for laser metal deposition of Al 7075 powder with minimized defects ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2021 ， 64 ： 1484 - 1492 .

LIU Hao ， LIANG Huiyue ， PENG Guangjian ， et al . Microstructure evolution and tribological performance of laser-clad Al 1.5 Co 0.5 CrFeNi 2 （TiB） x high-entropy alloy composite coatings with in-situ synthesized complex precipitates ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2025 ， 499 ： 131870 . DOI： 10.1016/j.surfcoat. 2025.131870 http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.131870 .

ROJACZ H ， KATSICH C ， VARGA M ， et al . How the micro-mechanical stability of carbides in chromium-rich hardfacings influences the impact-abrasion resistance at elevated temperatures ［J］. Wear ， 2023 ， 522 ： 204693 . DOI： 10.1016/j.wear.2023.204693 http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2023.204693 .

DANIEL J ， HOUDKOVÁ Š ， DULIŠKOVIČ J ， et al . Impact wear of the Co-based HVOF-sprayed coatings ［J］. Tribology International ， 2023 ， 187 ： 108755 . DOI： 10.1016/j.triboint.2023.108755 http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108755 .

ZHOU Zhenyu ， ZHENG Qiuyang ， LI Yu ， et al . Research on the mechanism of the two-dimensional ultrasonic surface burnishing process to enhance the wear resistance for aluminum alloy ［J］. Friction ， 2024 ， 12 （ 3 ）： 490 - 509 .

洪欣欣，何力军，代彦明，等 . 残余应力、晶粒尺寸对铍纳米压入行为影响的数值分析［J］. 宁夏大学学报（自然科学版）， 2024 ， 45 （ 1 ）： 31 - 35 .

HUANG Zeng ， LUO Shuai ， WANG Guangyu ， et al . Mechanistic exploration of high strain-hardening and TWIP effects in Fe-15.5Mn-0.6C-1.4Al steel under compression-tensile loading ［J］. International Journal of Plasticity ， 2025 ， 188 ： 104292 . DOI： 10.1016/j.ijplas.2025.104292 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijplas.2025.104292 .

刘思路 . Ti-23Nb-0 .7Ta-2Zr-O合金的抗冲击和拉伸性能及其变形机理研究［D］. 南京：南京理工大学， 2020 .

邓小良，祝文军，宋振飞，等 . 冲击加载下孔洞贯通的微观机理研究［J］. 物理学报， 2009 ， 58 （ 7 ）： 4772 - 4778 .

XIAO Lijun ， SONG Weidong . Additively-manufactured functionally graded Ti-6Al-4V lattice structures with high strength under static and dynamic loading： Experiments ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2018 ， 111 ： 255 - 272 .

向南鑫，周后明，王宇豪，等 . 高速激光熔覆铁基非晶合金涂层的组织及性能研究［J］. 激光与光电子学进展， 2024 ， 61 （ 17 ）： 1714006 . DOI： 10.3788/LOP232681 http://dx.doi.org/10.3788/LOP232681 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据