HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中的腐蝕和磨損性能研究

周永寬，康嘉杰,2,3，付志強,3，朱麗娜,3，佘丁順,3，梁健

HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中的腐蝕和磨損性能研究

周永寬1，康嘉杰1,2,3，付志強1,3，朱麗娜1,3，佘丁順1,3，梁健4

（1.中國地質大學（北京）工程技術學院，北京 100083；2.浙江清華柔性電子技術研究院，浙江 嘉興 314000；3.中國地質大學（北京）鄭州研究院，鄭州 451283；4.中國地質科學院勘探技術研究所，河北 廊坊 065000）

提高鉆具關鍵易損零部件在海洋鉆探實際應用中的耐腐蝕和磨損性能。采用超音速火焰噴涂技術（HVOF）制備AlCoCrFeNi高熵合金涂層。使用電化學工作站對涂層和35CrMo鋼基體（常用的鉆具材料）進行電化學測試，電化學測試包括動電位極化曲線測試和電化學阻抗譜（EIS）測試。采用摩擦磨損試驗機對涂層在模擬海水鉆井液中不同載荷和不同滑動速度下的磨損行為進行研究。采用掃描電子顯微鏡及X射線能譜儀對磨痕表面微觀形貌及成分進行分析，利用三維白光干涉形貌儀測量涂層的磨痕三維形貌及磨損體積。HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中的耐腐蝕性優于35CrMo鋼基體，可以起到有效的腐蝕防護作用。相同條件下，AlCoCrFeNi高熵合金涂層的耐磨性優于35CrMo鋼基體。在滑動摩擦磨損過程中，隨著載荷及滑動速度的增大，涂層的平均摩擦系數和磨損率均增大，且涂層的磨粒磨損程度加重。當載荷為6 N時，涂層發生疲勞磨損；當滑動速度為0.15 m/s時，涂層出現粘著磨損。模擬海水鉆井液對涂層磨損性能的影響可以分為2個方面。一方面可以起到潤滑作用，模擬海水鉆井液顯著改善了涂層的摩擦磨損性能，降低了涂層的平均摩擦系數和磨損率；另一方面是腐蝕作用，涂層被腐蝕形成點蝕坑，點蝕現象會加劇涂層的磨損。HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中具有優異的耐磨耐腐蝕性能，可以有效減輕工件在模擬海水鉆井液中的腐蝕和磨損，有望應用于鉆具關鍵易損零部件在海洋鉆探實際應用中的表面防護。

HVOF；AlCoCrFeNi；高熵合金涂層；耐磨性；耐腐蝕性

隨著土地資源的枯竭，開發海洋資源（比如石油、天然氣水合物、固體礦產等）已成為我國的重要戰略舉措之一。開發海洋資源離不開先進的海洋鉆探設備[1]，海洋特殊的服役環境對鉆具的使用性能和服役安全提出了更高的要求。鉆探設備中的關鍵易損零部件（如鉆頭、鉆桿、套管和扶正器等）在工作時不可避免地要承受海水的腐蝕作用。在鉆探過程中，一種必不可少的物質就是鉆井液，它被譽為鉆探的血液[2]，在海洋鉆探時往往就近取材，采用附近海域的海水配置鉆井液，同時為了抑制地層中的H2S和CO2對井下設備的腐蝕和提升膨潤土的水化能力，鉆井液一般偏堿性。在海洋鉆探過程中，海水鉆井液攜帶大量的巖石碎屑，導致鉆頭、鉆桿、套管和扶正器等鉆具關鍵易損零部件發生腐蝕磨損失效[3-5]。因此，為保證海洋鉆探的可靠性，鉆探設備對材料的性能尤其是表面性能提出了更高的要求。然而，只靠提高基材自身的性能并不能滿足設備在苛刻工況下的服役需求，因此采用表面工程技術對海洋鉆探設備的鉆桿、套管以及作業泵等關鍵易損零部件進行表面強化是一種行之有效的方法[6-7]。超音速火焰噴涂技術（High Velo-city Oxygen Fuel，HVOF）作為表面工程技術的一種，具有高的結合強度、快的粒子飛行速度、高效的沉積效率及低孔隙率等優點，廣泛應用于設備的表面防護[8-10]。

AlCoCrFeNi高熵合金作為高熵合金中常見的體系，受到了學者們的廣泛研究。Al元素具有較大的原子半徑，可以起到很好的固溶強化效應，從而提高合金的硬度和耐磨性[11-14]。Al、Co、Cr、Ni作為常見的耐蝕元素，可以使合金表面生成致密的氧化膜，進一步提高合金的耐腐蝕性[15-16]。蔣淑英等[17-18]研究了鑄態及不同溫度（600、800、1 000 ℃）退火態的AlCoCrFeNi高熵合金的微觀組織和耐腐蝕性能。合金在鑄態和600、800 ℃退火處理后均為簡單BCC相，而在1 000 ℃退火處理后，合金為BCC和FCC雙相結構。合金在3.5%的NaCl溶液和0.5 mol/L的NaOH溶液中具有優良的耐腐蝕性。在3.5%的NaCl溶液中，1 000 ℃退火態合金的耐腐蝕性最好。在0.5 mol/L H2SO4溶液中，AlCoCrFeNi高熵合金發生了鈍化現象。Meghwal等[19]研究了等離子噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層的腐蝕行為，涂層的耐腐蝕性略低于316不銹鋼，但其陽極和陰極極化行為與316不銹鋼一致，表明AlCoCrFeNi高熵合金涂層具有良好的耐腐蝕性能。Mu等[20]對熱噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層的摩擦磨損進行了研究，發現在摩擦磨損過程中，涂層表面產生了隨機分布的金屬氧化物，有效減輕了粘著磨損現象，涂層表面金屬氧化物的剝落及顆粒狀的磨屑為摩擦副與涂層表面提供了足夠的潤滑作用。Shi等[21]研究了熱噴涂AlCoCrFeNi高熵合金自潤滑復合涂層的組織和摩擦學行為，結果表明，HEA涂層具有良好的抗磨性，且隨著溫度的升高，其抗磨性進一步提高。Yu等[22]研究了AlCoCrFeNi-M（Ti0.5、Cu）高熵合金在H2O2溶液的腐蝕和摩擦學性能，發現腐蝕產物能有效防止后續腐蝕，并且合金的腐蝕行為能加速H2O2的分解，在低滑動速度（0.92 m/s）下可以實現有效潤滑作用，使得磨損率大大降低。此外，不同Al含量對高熵合金的耐磨耐腐蝕性也有影響，Al含量越高，合金的耐腐蝕性越差，腐蝕電位越低，腐蝕電流密度越大，腐蝕速率越快。腐蝕行為的加劇主要是由于鋁含量的增加導致BCC相的增加[23]，而隨著Al含量的增大，合金硬度往往會提高[24]。

目前對AlCoCrFeNi高熵合金的腐蝕和磨損性能研究很多，但對使用超音速火焰噴涂技術制備的AlCoCrFeNi高熵合金涂層在鉆井液中的腐蝕及磨損研究還相對較少，尤其在海水鉆井液中AlCoCrFeNi高熵合金涂層的腐蝕性能和摩擦學性能更是鮮有研究。因此，本文采用超音速火焰噴涂技術在35CrMo鋼基體（一種常見的鉆具材料）制備了AlCoCrFeNi高熵合金涂層，擬應用于海洋鉆探關鍵易損零部件的表面防護。配置了模擬海水鉆井液以模擬實際海水鉆井液，使用電化學工作站對涂層和35CrMo鋼基體在模擬海水鉆井液中進行電化學測試，包括動電位極化曲線測試和電化學阻抗譜（EIS）測試。采用摩擦磨損試驗機對涂層在模擬海水鉆井液中不同載荷和不同滑動速度下的磨損行為進行研究，探討HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中滑動磨損行為及失效機理。

1 試驗

本文采用的AlCoCrFeNi高熵合金涂層的制備及相關表征在之前論文中已經被報道[25]，因此不再贅述。為模擬海洋鉆探的實際工況，配制了模擬海水鉆井液，其中NaCl的質量分數為3.5%，Na2CO3的質量分數為0.25%，膨潤土（攜帶鉆屑、穩定井壁）的質量分數為2%，降濾失劑（減小濾失量、保護井壁）的質量分數為1%，并加入適量NaOH調節pH值為9。

電化學測試在電化學工作站（ZAHNER IM6ex，Germany）上進行，將試樣作為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，鉑電極為對電極。將用于電化學測試的樣品封裝在環氧樹脂中，樣品的背面用銅導線連接，僅留下1.0 cm2的面積暴露于模擬海水鉆井液中。測試溫度為室溫（約25 °C），電化學測試包括開路電位（OCP）、動電位極化曲線和電化學阻抗譜（EIS）測試。測試前，先將試樣浸入模擬海水鉆井液30 min，使試樣表面完全潤濕并且OCP穩定，接著以1 mV/s的固定掃描速率測量動電位極化曲線，并根據Tafel外推法獲得腐蝕電流密度（corr）和腐蝕電位（corr）。通過在100 kHz～10 mHz的頻率范圍內施加5 mV幅度的正弦電位進行EIS測試，為確保試驗結果的良好可重復性，每次測試重復3次。為了進一步測試35CrMo鋼基體與AlCoCrFeNi高熵合金涂層的耐腐蝕性能，將試樣在模擬海水鉆井液中進行了為期1周的浸泡試驗。

表1 摩擦磨損試驗參數

Tab.1 Friction and wear test parameters

2 結果與討論

2.1 電化學性能

試樣的動電位極化曲線如圖1所示，相應的電化學參數見表2。35CrMo鋼基體的corr為–0.639 V，corr為17.82 μA/cm2。對于AlCoCrFeNi高熵合金涂層，corr和corr分別為–0.345 V和0.23 μA/cm2。通常，較低的corr表示材料具有較好的耐腐蝕性，corr表現的是材料的耐腐蝕傾向，corr越高，說明腐蝕的可能性越小[26]。對比corr，涂層比基體低將近2個數量級，且corr高于基體。這是由于AlCoCrFeNi高熵合金涂層有大量的耐腐蝕性（Al、Co、Cr、Ni）元素，因此在模擬海水鉆井液中的耐腐蝕性更強。

AlCoCrFeNi高熵合金涂層和35CrMo鋼基體的EIS圖見圖2。在Bode圖中，最低頻率（0.01 Hz）的阻抗模值用作材料耐腐蝕性的半定量指標，最低頻率的阻抗模值越高，耐腐蝕性越好[27]。二者的阻抗值大小為：涂層（125 800 Ω）>基體（1 994 Ω）。在Nyquist圖中，容抗弧為2個變形的半圓，表明它們在模擬海水鉆井液中的失效形式類似，并且變形半圓的半徑比較為：涂層>基體。半徑越大，表明耐腐蝕性越好[28]。因此,AlCoCrFeNi高熵合金涂層具有更好的耐腐蝕性，這也與動電位極化曲線的結果一致。

表2 從極化曲線中提取的電化學值

Tab.2 Electrochemical values extracted from potentiodynamic polarization curves

圖2 模擬海水鉆井液中35CrMo鋼基體與AlCoCrFeNi高熵合金涂層的EIS圖

為了進一步了解涂層的腐蝕性能，利用Zsimp-Win軟件對35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層的EIS進行擬合，相應的等效電路模型如圖3所示。在該模型中，s、f和ct分別代表溶液電阻、腐蝕產物膜電阻和電荷轉移電阻，1和2分別表示腐蝕產物膜電容和界面電容。35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層的EIS擬合結果見表3。從表3中可以發現，AlCoCrFeNi高熵合金涂層的s、f和ct均比35CrMo鋼基體的要高，說明AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中比35CrMo鋼基體的耐腐蝕性更好[27]。

圖3 35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層的腐蝕等效電路模型

35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中浸泡1周后的表面形貌如圖4所示。可以發現，二者均出現了點蝕坑，但與基體相比，涂層的點蝕坑范圍更小，深度更淺，說明其腐蝕程度更輕微。這些現象也與電化學測試結果保持一致，大量的耐蝕元素使得涂層具有更優異的耐蝕性[15-16]。

2.2 磨損行為及機理分析

關于AlCoCrFeNi高熵合金涂層在干摩擦條件下的摩擦學性能已經被報道[25]，該部分內容為模擬涂層在實際工況時的磨損情況。AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中隨著載荷和滑動速度變化的摩擦系數及磨損率如圖5所示。取穩定磨損狀態的摩擦系數平均值作為平均摩擦系數，結果表明，模擬海水鉆井液顯著改善了涂層的摩擦磨損性能，這是由于模擬海水鉆井液的潤滑作用導致。因此，在相同條件下，涂層在模擬海水鉆井液中的平均摩擦系數及磨損率均低于干摩擦條件時的平均摩擦系數及磨損率[25]。同時，涂層的平均摩擦系數和磨損率隨著載荷的增大而增大，載荷為2、4、6 N時，平均摩擦系數分別為0.29、0.31、0.33；磨損率分別為3.51×10–6、3.83×10–6、4.08×10–6mm3/(N·m)。隨著載荷的增加，涂層的平均摩擦系數增大，磨損率增加。這是由于隨著載荷的增大，涂層與對磨球的接觸應力越大，導致處于涂層對磨球中間的模擬海水鉆井液的潤滑狀態發生改變，潤滑效果變差[29]，因此摩擦系數和磨損率均升高。此外，對35CrMo鋼基體也進行了載荷為6 N的摩擦磨損試驗，基體的平均摩擦系數（0.48）明顯高于涂層的平均摩擦系數，說明基體在模擬海水鉆井液中的潤滑性能不如涂層。將涂層與基體的磨損率相對比，相同條件下涂層的磨損率約為基體的32%。這是因為涂層的顯微硬度（536HV0.2）高于基體（278HV0.2）的顯微硬度[25]，因此涂層在模擬海水鉆井液中具有更好的耐磨性。隨著滑動速度的增大，涂層的平均摩擦系數和磨損率均增大，滑動速度為0.05、0.10、0.15 m/s時，平均摩擦系數分別為0.28、0.32、0.35，磨損率分別為3.48×10–6、4.01×10–6、5.47×10–6mm3/(N·m)。隨著滑動速度的增大，對磨球相對涂層進行快速移動，模擬海水鉆井液來不及與對磨球和涂層充分接觸，導致模擬海水鉆井液的潤滑效果變差，因此摩擦系數和磨損率均增大。此外，當滑動速度為0.15 m/s時，涂層的磨損率大幅增加，這與其磨損機理有關，將在下文具體分析。

表3 35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層的電化學擬合結果

Tab.3 Electrochemical fitting of the 35CrMo steel substrate and the AlCoCrFeNi HEA coating.

圖4 35CrMo鋼基體和AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中浸泡1周后的表面形貌

圖5 AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中不同載荷和滑動速度的摩擦系數及磨損率

AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液環境下不同載荷的磨損形貌如圖6所示。可以看出，隨著載荷的增加（2、4、6 N），涂層磨痕寬度增大（378、504、845 μm），磨損程度加劇。當載荷為2 N時，涂層的磨損表面主要為輕微的犁溝，說明發生了磨粒磨損。載荷為4 N時，涂層與對磨球的接觸應力增大，犁溝變得密集，且深度加深，磨粒磨損程度加重。當載荷為6 N時，涂層除了磨粒磨損，也發生剝落現象。這是由于涂層受到重往復循環應力，從而表面發生分層剝落，發生疲勞磨損。載荷增大，涂層磨損形式發生變化，磨損變得更嚴重，因此磨損率增大。在模擬海水鉆井液環境下，不同載荷的涂層表面沒有明顯的粘著發生，在該磨損條件下，模擬海水鉆井液能夠有效地阻礙涂層與對磨球的直接接觸，因此抑制了粘著磨損的發生[30-31]。

AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液環境下不同滑動速度的磨損形貌如圖7所示。隨著滑動速度的增加（0.05、0.10、0.15 m/s），涂層磨痕寬度增大（357、580、750 μm），磨痕表面越粗糙。滑動速度為0.05 m/s時，涂層的磨損表面主要為輕微的犁溝，發生磨粒磨損。滑動速度為0.10 m/s時，涂層除了磨粒磨損，也發生剝落現象。當滑動速度為0.15 m/s時，涂層表面除了犁溝和剝落，還存在了粘著現象。這說明滑動速度增大，模擬海水鉆井液從流體潤滑狀態轉為邊界潤滑狀態，潤滑效果減弱，導致涂層在磨損過程中出現粘著磨損，因此磨損率大幅增加，這也與上文中摩擦系數及磨損率的變化情況相一致。可以通過式（1）—（3）計算潤滑狀態[28]。

圖6 AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中不同載荷條件下的磨損形貌

圖7 AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中不同滑動速度條件下的磨損形貌

式中：m為載荷作用下涂層與對摩副間形成的膜厚度；1和2分別為涂層表面和對磨球表面粗糙度的均方根值，測量值分別為1=0.05 μm、2= 0.02 μm。當>3時，為流體潤滑狀態；當<1時，潤滑作用減小，甚至完全不起作用；當1<<3時，為邊界潤滑狀態。

式中：為黏壓系數，測量值為0.04 mm2/N；0為常壓下的動力黏度，測量值為0.18 N·s/m2；為涂層與對磨球的相對滑動速度；為當量曲率半徑，=1/1+ 1/2，計算值為0.33 m；′為當量彈性模量，由式（3）進行計算；為磨痕長度，測量值為0.05 m；為對磨球的單位接觸長度上的載荷，試驗中載荷取值為5 N。

式中：1和2分別為涂層和對磨球的彈性模量值，測量值分別為175 GPa和324 GPa；1和2分別為涂層和對磨球的泊松比，均取0.3。將相對滑動速度0.15 m/s代入上述公式計算得到=1.68，屬于邊界潤滑狀態。圖7d為滑動速度為0.15 m/s時的Si3N4對磨球磨損形貌，呈現典型的磨粒磨損。另外模擬海水鉆井液對AlCoCrFeNi高熵合金涂層磨損性能的影響分為2個方面：一方面是潤滑作用，另一方面是腐蝕作用。潤滑作用導致涂層的摩擦系數和磨損率與干摩擦相比大大降低，而腐蝕作用會導致涂層發生腐蝕現象。圖7e為涂層腐蝕與磨損的綜合作用效果，可以發現涂層磨損表面既存在犁溝，也存在點蝕現象。點蝕的形成是由于涂層在模擬海水鉆井液中存在微電偶腐蝕，電位較低的元素會優先腐蝕，形成點蝕坑[32]。在摩擦磨損過程中，點蝕坑的出現會導致摩擦系數產生較大波動，加劇磨損過程，同時磨損會導致涂層表面不斷去除露出新的表面，使得腐蝕持續進行。對圖7中的不同磨損區域進行EDS打點，結果見表5。可以發現，涂層在犁溝區域出現輕微氧化現象，而剝落坑及粘著區域氧化程度加劇，通過EDS點掃描，在Si3N4對磨球磨損表面檢測出了高熵合金涂層的成分，有效證明了當滑動速度為0.15 m/s時，涂層存在粘著磨損。在點蝕區域，鋁元素含量顯著降低，表明鋁（–1.66 V）與其他元素相比，如鈷（–0.28 V）、鉻（–0.74 V）、鐵（–0.44 V）和鎳（–0.25 V），由于電位較低，優先發生溶解，O元素含量相對較高，說明形成了氧化產物。

表5 圖7中標記點處的元素含量

Tab.5 Element content at marked points in fig. 7 　at.%

3 結論

1）AlCoCrFeNi高熵合金涂層有大量的耐腐蝕性（Al、Co、Cr、Ni）元素，因此AlCoCrFeNi高熵合金涂層的corr（0.23 μA/cm2）比35CrMo鋼基體（17.82 μA/cm2）低，浸泡試驗中涂層的腐蝕程度更輕微，說明AlCoCrFeNi高熵合金涂層可以起到有效的腐蝕防護作用。

2）由于涂層的顯微硬度更高，在模擬海水鉆井液中的潤滑性更好，因此AlCoCrFeNi高熵合金涂層的耐磨性優于35CrMo鋼基體。隨著載荷的增大，涂層的平均摩擦系數和磨損率增大，載荷為2、4、6 N時，平均摩擦系數為0.29、0.31、0.33；磨損率分別為3.51×10–6、3.83×10–6、4.08×10–6mm3/(N·m)。隨著滑動速度的增大，涂層的平均摩擦系數和磨損率也增大，滑動速度為0.05、0.10、0.15 m/s時，平均摩擦系數分別為0.28、0.32和0.35，磨損率分別為3.48×10–6、4.01×10–6、5.47×10–6mm3/(N·m)。

3）隨著載荷及滑動速度的增大，AlCoCrFeNi高熵合金涂層的磨粒磨損程度均加重。當載荷為6 N時，涂層發生疲勞磨損。當滑動速度為0.15 m/s時，模擬海水鉆井液不足以阻礙涂層與對磨球的接觸，導致涂層出現粘著磨損。此外，模擬海水鉆井液對涂層磨損性能的影響可以分為2個方面：一方面可以起到潤滑作用，當模擬海水鉆井液的潤滑效果變差時，涂層的平均摩擦系數和磨損率增加；另一方面是腐蝕作用，點蝕現象會加劇涂層的磨損。

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Corrosion and Wear properties of HVOF Sprayed AlCoCrFeNi HEA Coating in Simulated Seawater Drilling Fluid

1,1,2,3,1,3,1,3,1,3,4

(1. School of Engineering and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China;2. Institute of Flexible Electronics Technology of Tsinghua, Zhejiang Jiaxing, 314000, China;3. Zhengzhou Institute, China University of Geosciences (Beijing), Zhengzhou 451283, China;4. Institute of Exploration Techniques, Chinese Academy of Geological Sciences, Hebei Langfang 065000, China)

With the depletion of land resources, the development of marine resources (such as oil, natural gas hydrate, solid minerals, etc.) has become one of the important strategic measures in China. The development of marine resources is inseparable from advanced marine drilling equipment. In order to ensure the reliability of offshore drilling, drilling equipment is put forward higher requirements for material properties, especially surface properties. However, only improving the performance of the substrate itself cannot meet the service requirements of the equipment in harsh conditions. Therefore, it is an effective method to use advanced surface engineering technology to strengthen the key vulnerable parts such as the drill pipe, casing and operation pump of offshore drilling equipment. The AlCoCrFeNi High-Entropy Alloy (HEA) is an excellent wear and corrosion resistant material. At present, there are many researches on the corrosion and wear properties of AlCoCrFeNi HEA, but there are few researches on the wear of AlCoCrFeNi HEA coating in drilling fluid, especially the tribological properties of AlCoCrFeNi HEA coating in seawater drilling fluid. In this paper, in order to improve the corrosion resistance and wear resistance of key wearing parts of drilling tools in practical application of offshore drilling, the AlCoCrFeNi HEA coating was prepared by High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) technology, which was intended to be applied to the surface protection of offshore drilling equipment. The coating and 35CrMo steel substrate were subjected to electrochemical tests using electrochemical tests, including potentiodynamic polarization curve measurements and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. The sliding wear behavior and failure mechanism of AlCoCrFeNi HEA coating sprayed by HVOF in simulated seawater drilling fluid were studied by friction and wear testing machine under different loads and sliding speeds. The wear surface and composition of the coating were analyzed by scanning electron microscope (SEM) and X-ray energy dispersive spectrometer (XRD). The wear three-dimensional morphologies and wear volumes of the coating were measured by three-dimensional white light interferometry. The results show that the corrosion resistance of AlCoCrFeNi HEA coating is better than 35CrMo steel substrate in the simulated seawater drilling fluid, indicating that AlCoCrFeNi HEA coating can play an effective role in the protection of offshore drilling tools. Under the same conditions, the wear resistance of AlCoCrFeNi HEA coating is better than that of 35CrMo steel substrate. The average COF and wear rate of AlCoCrFeNi HEA coating increase with the increase of load and sliding speed in the process of sliding friction and wear and both the average coefficient of friction and wear rate of the coating increase. With the increase of load and sliding speed, the abrasive wear degree of the coating increases, and the fatigue wear of the coating occurs when the load is 6 N. When the sliding speed is 0.15 m/s, the coating appears adhesive wear. In addition, the influence of simulated seawater drilling fluid on the wear performance of the coating can be divided into two aspects: on the one hand, it can play the role of lubrication. Simulated seawater drilling fluid significantly improves the friction and wear properties of the coating, and reduces the average friction coefficient and wear rate of the coating. On the other hand, the coating has been corroded to form corrosion pits, which will aggravate the wear of the coating. Above all, the HVOF sprayed AlCoCrFeNi HEA coating has excellent corrosion resistance in simulated seawater drilling fluid,which can effectively reduce wear, and is expected to be applied to the surface protection of key parts of offshore drilling tools.

HVOF; AlCoCrFeNi; HEA coating; wear resistance; corrosion resistance

TG174.4

A

1001-3660(2022)05-0148-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.016

2022–02–21；

2022–04–20

2022-02-21；

2022-04-20

國家自然科學基金面上項目（52175196）；裝備發展部重點項目（61409230614）；中央高校基本科研業務費項目（265QZ2021008）

The General Project of The National Natural Science Foundation of China (52175196); The Pre-Research Program in National 14th Five-Year Plan (61409230614); The Fundamental Research Funds for the Central Universities (265QZ2021008）

周永寬（1993—），男，博士研究生，主要研究方向為熱噴涂層磨損機制的研究。

ZHOU Yong-kuan (1993—), Male, Doctoral candidate, Research focus: wear mechanism of thermal spray coating.

康嘉杰（1984—），男，博士，教授，主要研究方向為表面工程和機械摩擦學。

KANG Jia-jie (1984—), Male, Doctor, Professor, Research focus: surface engineering and mechanical tribology.

周永寬, 康嘉杰, 付志強, 等. HVOF噴涂AlCoCrFeNi高熵合金涂層在模擬海水鉆井液中的腐蝕和磨損性能研究[J]. 表面技術, 2022, 51(5): 148-157.

ZHOU Yong-kuan, KANG Jia-jie, FU Zhi-qiang, et al. Corrosion and Wear properties of HVOF Sprayed AlCoCrFeNi HEA Coating in Simulated Seawater Drilling Fluid[J]. Surface Technology, 2022, 51(5): 148-157.

責任編輯：劉世忠