研究背景与目的

随着全球电力需求的增长和能源短缺的挑战，核电作为一种清洁能源受到重视。然而，传统核反应堆材料在极端环境下性能不足，因此开发高性能材料成为关键。高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）作为一种新型金属材料，具有优异的性能，尤其是难熔高熵合金（Refractory High-Entropy Alloys, RHEAs）在高温和抗辐照方面表现出巨大潜力。本研究旨在通过等离子喷涂技术制备NbMoTaW和NbMoTaW-V两种RHEA涂层，并研究其微观结构、硬度和摩擦磨损性能。

研究方法

1. 涂层制备：采用等离子喷涂技术制备NbMoTaW和NbMoTaW-V涂层。粉末通过球磨和喷雾干燥制备，喷涂前对基体进行预处理。
2. 微观结构分析：使用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析涂层的微观结构和物相组成。
3. 硬度测试：采用维氏硬度计测试涂层的显微硬度。
4. 摩擦磨损性能测试：使用多功能摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能，并通过三维共聚焦显微镜观察磨损形貌。

研究结果

1. 微观结构：NbMoTaW涂层为单相BCC结构，而NbMoTaW-V涂层除BCC基体外，还含有少量Ta和V的氧化物。随着喷涂功率的增加，涂层的孔隙率降低，硬度增加。
2. 硬度：NbMoTaW-V涂层的硬度高于NbMoTaW涂层，最高硬度分别为590 HV0.2和550 HV0.2。
3. 摩擦磨损性能：NbMoTaW-V涂层的摩擦磨损系数低于NbMoTaW涂层，表现出更好的耐磨性能。磨损机理主要为黏着磨损和氧化磨损。

结论与意义

本研究通过调控等离子喷涂工艺参数成功制备了NbMoTaW和NbMoTaW-V高熵合金涂层，并系统分析了其微观结构、硬度和摩擦磨损性能。结果表明，喷涂功率的增加可以提高涂层的硬度和耐磨性能，NbMoTaW-V涂层由于氧化物的存在表现出更优异的性能。该研究为核反应堆材料的开发提供了重要参考，具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

1. 创新性：首次系统研究了等离子喷涂制备的NbMoTaW和NbMoTaW-V涂层的微观结构和性能。
2. 应用价值：为核反应堆材料的开发提供了新的思路和数据支持。
3. 方法学：详细分析了喷涂功率对涂层性能的影响，为优化工艺参数提供了依据。

其他有价值内容

研究还发现，NbMoTaW-V涂层中的氧化物不仅提高了硬度，还改善了摩擦磨损性能，这为未来高熵合金涂层的设计提供了新的方向。此外，研究还探讨了涂层的磨损机理，为进一步优化涂层性能提供了理论支持。