AlCrNiFeTi 高熵合金涂層的電火花沉積制備與摩擦磨損性能

張建斌，南志遠，朱 程，郭 鑫

（1 蘭州理工大學 省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室，蘭州 730050；2 蘭州理工大學 材料科學與工程學院，蘭州 730050）

自從Yeh 和Cantor 等［1］開創(chuàng)性地將由至少5 種主要元素組成、成分范圍在5%~35%（質(zhì)量分數(shù)，下同）之間的合金定義為高熵合金（high-entropy alloys，HEAs）以來，由于其優(yōu)異的性能和潛在的應用，已經(jīng)引起了研究者廣泛的關注［2-4］。隨著對高熵合金的深入研究，高熵合金涂層作為一種新的應用形式被提出。由于其高構(gòu)型熵［5］，會出現(xiàn)面心立方（FCC）、體心立方（BCC）或密排六方（HCP）結(jié)構(gòu)的簡單固溶相，而不是一般金屬間化合物。這種獨特的結(jié)構(gòu)使高熵合金作為涂層具有比傳統(tǒng)合金涂層更好的性能［6］，如具有高強度和硬度的Nb25Mo25Ta25W25與V20Nb20Mo20Ta20W20高熵合金[7]、耐高溫氧化的CrCoNi 基合金[8]、耐高腐蝕的AlCoCrXFeNi(X=0.5~2.0)高熵合金[9]、耐磨損的FeCoNiCrCu 高熵合金[10]、具有優(yōu)異抗斷裂韌性的納米結(jié)構(gòu)NbMoTaW 高熵合金[11]等。

在過去的10 年中，各種技術已經(jīng)被用于制備高熵合金涂層，如趙小鳳等［12］利用激光熔覆技術在304 不銹鋼表面制備的（CrFeNiAl）100-XMoXHEA 涂層，涂層硬度最高達到了636.6HV0.2，隨著Mo 含量的增加，耐磨性也逐漸提高。Liu 等［13］利用氬鎢弧熔覆工藝在304 不銹鋼表面制備了CoCrFeMoNi HEA 涂層，涂層最高平均硬度為585HV，約為基體的3 倍，涂層的最小體積磨損率比基體降低了58%。Xiao 等［14］利用等離子噴涂技術在304 不銹鋼表面制備了FeCoNiCrSiAlXHEA 涂層，涂層主要是BCC 相和少量FCC 相，經(jīng)熱處理后涂層的磨損率最低。Xing 等［15］利用射頻脈沖磁控濺射技術在304 不銹鋼表面制備了NbTiAlSiZrNXHEA 涂層，在氮氣流量比（nitrogen flow ratio，RN）為50%時沉積的涂層硬度最高（12.4 GPa），模量最高（169 GPa），粗糙度小，在10%和30%的N2流量下制備的HEA 涂層比304SS 更容易腐蝕。傳統(tǒng)表面處理技術有很多缺點，例如設備成本高、維護費用大、使用場合受限；涂層質(zhì)量不一、厚度難控、成分也不均勻；噴涂效果易受氣候、環(huán)境等影響，導致涂層脫落或起皮，材料利用率低下，噴涂材料的成分也難以控制。

電火花沉積（electro-spark deposition，ESD）是利用電源儲存的高電流脈沖在導電基體材料表面沉積電極材料的工藝［16-17］。電火花沉積技術相對于傳統(tǒng)表面處理技術，金屬表面不僅會因迅速淬火而形成馬氏體，在狹窄的沉積過渡區(qū)還會得到超細奧氏體組織。具有設備成本低、操作方法簡單、焊槍體積小、攜帶方便、規(guī)避傳統(tǒng)振動電極設備散熱差等特點?？梢缘玫街旅苄院?、沉積層均勻、厚度增加的涂層，而且具有界面呈冶金結(jié)合、工件熱變形小且柔性加工好等特點［18］。AlCrNiFeTi 是由兩個BCC 相結(jié)構(gòu)（記為BCC1和BCC2）和一個Fe2Ti 相組成［19］，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及耐磨性。因此，本工作通過電火花沉積技術在304 不銹鋼表面制備AlCrNiFeTi 高熵合金涂層，研究涂層的表面形貌、顯微組織和摩擦磨損性能，旨在改善不銹鋼表面性能，同時尋找一種新型工藝和涂層材料并為其選擇最佳涂層材料提供新思路。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

將高純金屬粉末Al，Ni，Cr，F(xiàn)e 和Ti（純度≥99.95%）按等摩爾比配制，放入NMS-DRXXⅡ鑄錠旋轉(zhuǎn)式真空電弧熔煉爐中。在高純氬氣的保護下，反復熔煉5 次制備母合金，以確保均勻的化學成分和微觀結(jié)構(gòu)，表1 為高熵合金名義化學成分的質(zhì)量分數(shù)。然后采用旋轉(zhuǎn)式真空電弧熔煉爐制備直徑為 7 mm的 AlCrNiFeTi 棒材作為電極材料，基體材料為304 不銹鋼，沉積前基體溫度為室溫，試樣尺寸為20 mm×10 mm×5 mm。沉積前用砂紙打磨至2000#，用超聲波清洗儀在丙酮酒精混合溶液中清洗15 min 后干燥備用。

表1 AlCrNiFeTi 高熵合金的名義化學成分（質(zhì)量分數(shù)/%）Table 1 Nominal chemical compositions of high-entropy alloys（mass fraction/%）

1.2 實驗方法

采用DL-4000D 型電火花沉積設備進行沉積實驗，沉積焊槍轉(zhuǎn)速為2600 r/min。采用氬氣保護，流量為10 L/min，通過大量實驗，得出優(yōu)化工藝參數(shù)如表2所示。

表2 電火花沉積優(yōu)化工藝參數(shù)Table 2 Optimized parameters of ESD processing

通過D/max-2200PC 型X 射線衍射儀（λ=0.154060 nm，Cu 靶Kα）分析涂層物相。檢測參數(shù)為：電壓40 kV，工作電流40 mA，掃描速度為4 （°）/min，掃描范圍20°~100°，掃描步長為0.02°。采用Quanta FEG 450 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）及其配套的能譜儀（EDS）進行顯微結(jié)構(gòu)分析；通過LSM800 型光學顯微鏡觀察涂層表面形貌；采用HVT-1000a 顯微硬度計測量涂層的顯微硬度；采用TRB 型往復式摩擦磨損試驗機，對沉積試樣和基材進行摩擦磨損測試，在試樣表面上做往復式滑動摩擦，最終得到試樣的摩擦因數(shù)。測試條件：室溫；相對濕度20%；摩擦副為GCr15鋼球；頻率為6 Hz；振幅為5 mm；時間為10 min；摩擦載荷為2 N 和5 N。

用式（1）［20］考察涂層的耐磨性：

式中：W為磨損率；V=Δm/ρ為磨損體積，Δm為試樣磨損質(zhì)量，ρ為材料密度；F為施加載荷；L為滑動行程。試樣在磨損前后均經(jīng)丙酮酒精混合溶液超聲清洗15 min，然后用精度為0.1 mg 的天平稱重計算試樣的磨損質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 電極物相分析

圖1 （a）為AlCrNiFeTi 電極的X 射線衍射圖譜，通過對圖譜分析可知，電極材料以BCC1 和BCC2 兩種簡單體心立方結(jié)構(gòu)的固溶體組成，還有部分化合物。經(jīng)過對圖譜的分析標定，得知固溶體為無序的BCC1固溶體在富Al-Ni結(jié)構(gòu)中形成，有序的BCC2 固溶體卻是形成于富Fe-Cr的結(jié)構(gòu)中，還有部分Fe2Ti相化合物［21］。

圖1 AlCrNiFeTi 電極的XRD 圖譜（a）與BSEM 圖（b）Fig.1 XRD（a） and BSEM（b） patterns of AlCrNiFeTi electrode

圖1 （b）為AlCrNiFeTi 高熵合金電極材料的背散射電子圖像（BSEM），從微觀組織圖像中可以看到，電極材料的組織形狀呈典型的樹枝晶，且樹枝晶由枝晶部分（dendrite，DR）和枝晶間部分（interdendrite，ID）組成。

表3 為DR 和ID 處能譜點掃描的元素含量，其中DR 處Al，Ti，Ni 元素含量較高，ID 處Cr，F(xiàn)e 元素含量高，所以得知DR 處以Al，Ti，Ni 元素為主，Cr，F(xiàn)e 元素則集中于ID 處。因Al 和Ti 元素與Ni 元素的混合焓較負，所以彼此之間結(jié)合力較大，易形成固溶體，而Cr和Fe 元素大部分則被集中于其他地方。在合金凝固過程中，Al，Ti，Ni 元素先于Cr，F(xiàn)e 元素形成固溶體，因為它們的結(jié)合能力更強，呈現(xiàn)出樹枝狀的結(jié)構(gòu)；而Cr，F(xiàn)e 元素后來生成固溶體，就分布在枝晶狀結(jié)構(gòu)的外部，構(gòu)成枝晶間的部分。因此，由于元素的不均勻分布，導致合金中存在兩種不同的區(qū)域，一種是以Al，Ti，Ni 元素為主的BCC1 固溶體，另一種是以Cr，F(xiàn)e 元素為主的BCC2 固溶體，這就解釋了XRD 圖譜中出現(xiàn)兩種體心立方結(jié)構(gòu)固溶體的原因。

表3 AlCrNiFeTi 合金中各區(qū)域的元素含量分布（原子分數(shù)/%）Table 3 Distribution of elemental content in each region of AlCrNiFeTi （atom fraction/%）

2.2 涂層物相與組織結(jié)構(gòu)

圖2 為電火花沉積AlCrNiFeTi 涂層表面微觀形貌，可以看到涂層由多個沉積點鋪展形成，呈明顯的橘皮狀形貌，每個沉積點都有明顯的輪廓界線；沉積點邊緣以噴濺花樣展開，如圖2（a）所示，并且鋪展的沉積點凹凸不平；圖2（b）中沉積點之間的界線明顯，邊緣處堆積較高；沉積點之間搭接緊密，部分表面形貌呈丘陵狀，有球狀熔滴顆粒，如圖2（c）所示，涂層表面無明顯裂紋等缺陷，呈現(xiàn)出沉積點典型特征形貌。

圖2 電火花沉積AlCrNiFeTi 涂層表面微觀形貌 （a）沉積點和噴濺花樣；（b）熔滴顆粒；（c）丘陵狀Fig.2 Electric spark deposition AlCrNiFeTi coating surface microscopic morphology（a）sedimentation site and splatter pattern；（b）molten droplet；（c）hilly

圖3 為AlCrNiFeTi 涂層XRD 圖譜，涂層仍以BCC1 和BCC2 兩種簡單體心立方結(jié)構(gòu)的固溶體組成，說明涂層中的元素沒有發(fā)生明顯的相變或化合，而是保持了電極材料中的原有結(jié)構(gòu)。其BCC1 固溶體中主要是Al-Ni 結(jié)構(gòu)相，其結(jié)構(gòu)具有高硬度和較好的耐磨性，故可提高涂層的抗磨損性能［22］。BCC2 固溶體主要是富Fe-Cr 相，其結(jié)構(gòu)具有良好的耐腐蝕性和耐高溫性，可提高涂層的耐腐蝕和抗氧化性能［23］。還有少量的Fe2Ti 相化合物，這與電極材料中的結(jié)構(gòu)類似。涂層與電極的衍射峰所對應的衍射角基本相同，這表明制備的涂層與電極的相種類大致相同。

圖3 AlCrNiFeTi 涂層XRD 圖譜Fig.3 XRD pattern of AlCrNiFeTi coating

圖4 為涂層的截面形貌與EDS 面掃描能譜圖，從圖中可以看出，亮白區(qū)域為涂層，深灰色區(qū)域為基材，涂層厚度約為59.67 μm，因沉積工藝為優(yōu)化后的工藝方案以及沉積前對基材表面進行的油漬和雜質(zhì)的清除，所以得到的涂層較均勻致密，涂層與基材之間的界面清晰可見，沒有出現(xiàn)裂紋或孔洞等缺陷。通過對試樣劃痕測試曲線分析，如圖5 所示，AE 為聲發(fā)射電壓，COF 為摩擦因數(shù)，F(xiàn)z為正向荷載。在載荷40 N 左右時聲信號開始出現(xiàn)小的波峰，與此同時，摩擦因數(shù)曲線開始突增，說明出現(xiàn)輕微磨損；當載荷增加到46 N時，聲信號出現(xiàn)最強波峰，摩擦因數(shù)曲線也持續(xù)陡增。有相關文獻表明［24］，當臨界載荷即結(jié)合力滿足30 N 時就能符合一般服役條件下的滑動磨損，涂層試樣結(jié)合力超過30 N，在一定程度上說明涂層與304 不銹鋼基材結(jié)合良好，表明涂層與基材之間有良好的結(jié)合力和附著力。且相對于熱噴涂［25］、激光熔覆［26］、堆焊［27］等的涂層截面有著更少的坑洼、氣泡和裂縫缺陷。Fe，Cr，Ni，Al 等元素的含量在截面圖中分布不均勻，F(xiàn)e 和Cr 元素主要集中在基材區(qū)域，涂層區(qū)域較少；而Ni，Al等元素主要集中在涂層區(qū)域，在基材中偏少，與涂層截面的線掃描元素分布規(guī)律一致。

圖4 AlCrNiFeTi 涂層SEM 截面形貌與EDS 面掃描Fig.4 SEM cross-sectional morphology and EDS surface scan of AlCrNiFeTi coating

圖5 AlCrNiFeTi 涂層試樣劃痕測試曲線Fig.5 Scratch test curves of AlCrNiFeTi coated specimen

圖6 為試樣從涂層表面到基材的SEM 截面形貌及線掃描能譜圖，涂層中Fe，Cr，Ni，Al，Ti 等元素含量從涂層表面到基材方向均有明顯的變化，這說明涂層和基材之間存在著元素的相互擴散和混合，而不是簡單的機械結(jié)合。截面中Fe，Cr，Mn 等元素含量從涂層至基材呈波動增加的趨勢，其中Al，Ni，Ti 元素有明顯的擴散。電極材料與基材表面熔化形成熔池，且涂層和基材中的元素相互發(fā)生了擴散，由此可以確定涂層與基體的結(jié)合方式為冶金結(jié)合。

圖6 AlCrNiFeTi 涂層SEM 截面形貌（a）與EDS 線掃描能譜圖（b）Fig.6 Cross-section SEM image（a） and EDS line scan of AlCrNiFeTi coating（b）

2.3 涂層顯微硬度

圖7 為電火花沉積涂層截面的顯微硬度分布圖，由圖可知，涂層到基材的硬度呈階梯式下降，涂層區(qū)為最高硬度區(qū)、熔合區(qū)為硬度過渡區(qū)、基材區(qū)為硬度最低區(qū)域。涂層區(qū)域曲線平滑，硬度值分別為587.3，583.5，572.7，550.1HV0.2，變異系數(shù)為0.025，相較于其他合金硬度值相對波動程度較?。?8-30］，穩(wěn)定性較高。說明涂層的質(zhì)量較高，涂層的制備工藝較為穩(wěn)定，涂層的固化程度較高。在第4 個硬度值與第5 個硬度值之間，曲線呈明顯的下跌趨勢，說明涂層與基體的熔合界面在其之間，約為2~3 μm，由于電極和基體材料間元素的擴散滲透，涂層的成分在界面區(qū)域發(fā)生了微觀稀釋現(xiàn)象［29］。從涂層表面到基體，電極元素含量和硬度都逐漸降低。靠近涂層表面有最大硬度值（587.3HV0.2），約為基材304不銹鋼基材的2.45倍，遠大于基材的硬度。涂層表面平均顯微硬度為584.8HV0.2，遠高于304 不銹鋼基材（239.5HV0.2）。涂層中的Cr，F(xiàn)e 等元素能夠緊密結(jié)合，并產(chǎn)生晶格畸變，增加涂層的強度。同時，Ti 原子的半徑比其他原子大得多，會導致更大程度的晶格畸變，形成固溶強化效應，進一步提高涂層的硬度。

圖7 AlCrNiFeTi 涂層截面顯微硬度分布圖Fig.7 Microhardness distributions of AlCrNiFeTi coating cross-section

2.4 涂層摩擦磨損性能

為了了解涂層在低載荷下的耐磨損性能，對涂層和基體分別進行了摩擦磨損測試。圖8（a）為304 基材與AlCrNiFeTi HEA 涂層在2 N 和5 N 載荷下的實時動態(tài)摩擦因數(shù)與摩擦時間的關系曲線圖。涂層的摩擦因數(shù)曲線分為3 個階段，即上升階段、磨合階段以及穩(wěn)定階段。上升階段中，涂層表面的微小凸起和磨屑的堆積導致了摩擦因數(shù)的升高。同時，摩擦因數(shù)在200 s 之前還出現(xiàn)了較大的峰值波動。磨合階段中，涂層表面凸起被磨掉，磨屑部分脫離，摩擦因數(shù)下降并趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定階段中，涂層與GCr15 小球有更多的面接觸，摩擦因數(shù)浮動逐漸穩(wěn)定。涂層和基體試樣的摩擦因數(shù)分別逐漸穩(wěn)定在0.54（2 N），0.47（5 N）和0.63（2 N），0.59（5 N）左右。涂層的摩擦因數(shù)始終低于基材的摩擦因數(shù)。另外，涂層的波動范圍相對較小，這意味著涂層有一個相對穩(wěn)定的摩擦阻力。相反，基體的摩擦因數(shù)的波動范圍很大。圖8（b）為基材和涂層在2 N 和5 N 載荷下的平均摩擦因數(shù)，載荷為2 N 時，基材與涂層試樣的平均摩擦因數(shù)分別為0.595和0.496，而當摩擦載荷增加至5 N 時，其平均摩擦因數(shù)分別為0.570 和0.446，可以看出在同一載荷下，涂層的平均摩擦因數(shù)逐漸降低，基材的平均摩擦因數(shù)均高于涂層，說明涂層比基材有更好的耐磨性，而且傳統(tǒng)的電鍍硬Cr 涂層的摩擦因數(shù)為0.65~0.73［31］、超音速火焰噴涂Ni-CeO2復合涂層在CeO2含量為1%時，復合涂層摩擦因數(shù)最小，平均摩擦因數(shù)也有0.56［25］，電火花沉積制備的Ti6Al4V 涂層摩擦因數(shù)為0.6［32］，相較于這些傳統(tǒng)的涂層，AlCrNiFeTi 高熵合金涂層具有更低的摩擦因數(shù)。綜上結(jié)果表明，Al-CrNiFeTi 高熵合金涂層具有較低且穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，表現(xiàn)出較好的耐磨損性能。

圖8 304 基材和AlCrNiFeTi 涂層在不同載荷下的摩擦性能測試（a）摩擦因數(shù)；（b）平均摩擦因數(shù)Fig.8 Friction property tests of 304 substrate and AlCrNiFeTi coating at different loads（a）friction coefficient；（b）average friction coefficient

表4 為基材表面和電火花沉積涂層在2 N 和5 N載荷下磨損后的磨損體積以及經(jīng)計算得出的磨損率。當載荷為2 N 時，基材的磨損體積和磨損率分別為4.8235×10-2mm3和3.349×10-3mm3/（N·m），涂層試樣的磨損體積和磨損率均小于基材。摩擦載荷從2 N 增至5 N 時，發(fā)現(xiàn)磨損體積增大，但磨損率減小，基材的磨損體積和磨損率分別為6.0875×10-2mm3和1.691×10-3mm3/（N·m），涂層的磨損體積和磨損率分別為4.3681×10-2mm3和1.213×10-3mm3/（N·m），其磨損率較基材降低28.3%。隨著載荷增大，基材的磨損損失增加，涂層磨損損失幅度降低。

表4 304 基材與AlCrNiFeTi 涂層試樣的磨損數(shù)據(jù)Table 4 Wear data of 304 substrate and AlCrNiFeTi coated specimens

圖9 為304 不銹鋼基材與涂層試樣在2 N 和5 N載荷下的磨痕三維形貌圖。由圖可知，涂層試樣在2 N 載荷下的磨痕較為平坦，沒有明顯的深度變化，而且磨痕寬度較??；在5 N 載荷下的磨痕也只有部分區(qū)域較深，總體深度仍然較淺。相比之下，基材在2 N 和5 N 載荷下的磨痕都較深，而且磨痕寬度較大。這說明涂層試樣在不同載荷下都表現(xiàn)出了比基材更好的耐磨性。

圖9 304 基材（a）和AlCrNiFeTi 涂層（b）在2 N（1）和5 N（2）載荷下的磨痕三維圖Fig.9 Three-dimensional view of abrasion marks on 304 substrate（a） and AlCrNiFeTi coating（b） under load of 2 N（1） and 5 N（2）

圖10 為涂層在2 N 和5 N 法向載荷下的低倍磨痕SEM 圖。由圖可知，涂層在5 N 載荷下的磨痕寬度明顯大于2 N 載荷下的磨痕寬度，說明載荷增大會加劇涂層的磨損。

圖10 AlCrNiFeTi 涂層試樣在2 N（a）和5 N（b）法向載荷下的低倍SEM 磨痕形貌Fig.10 Low magnification abrasion SEM images of AlCrNiFeTi coated specimens under load of 2 N（a） and 5 N（b）

圖11 和圖12 分別為圖10（a），（b）磨痕面的面掃描圖。通過能譜分析可以發(fā)現(xiàn)，在磨痕處Al 元素和Ni元素的含量明顯減少，表明這兩種元素被磨掉了。而且，在5 N 載荷下，Al 元素和Ni 元素的減少更加顯著，表明磨損更加嚴重。同時，也可以看到在磨痕處有O元素出現(xiàn)，這表明涂層在摩擦磨損過程中發(fā)生了氧化現(xiàn)象［33］。

圖11 2 N 載荷下磨痕面掃描圖Fig.11 Scan of abrasion surface under 2 N load

圖12 5 N 載荷下磨痕面掃描圖Fig.12 Scan of abrasion surface under 5 N load

圖13 和圖14 為涂層試樣在2 N 和5 N 法向載荷下的高倍磨痕SEM 圖。從圖中可以看出，當電火花沉積涂層在低載荷下進行摩擦磨損測試時，磨痕處都出現(xiàn)了大量的磨屑、犁皺和輕微的犁溝。這主要有兩個原因：一是由于涂層表面存在部分凸起，這些凸起在摩擦過程中被率先磨掉，形成磨屑顆粒。如圖13（a）所示，一部分磨屑顆粒被累積到磨痕邊緣，另一部分則附著在磨損接觸面上，隨著摩擦球的往復運動，在法向載荷的作用下，在磨損表面形成犁溝。二是由于摩擦磨損過程中有氧化膜產(chǎn)生，氧化膜的脆性較大，容易破碎或剝落。如圖11 所示，對磨痕面經(jīng)過能譜分析得知Fe 元素含量高并且有O 元素，說明有氧化膜的存在。剝落的氧化膜一部分成為磨屑，另一部分則成為磨粒，在摩擦球的運動下產(chǎn)生磨粒磨損的效果。因此，在2 N 的低載荷下摩擦，其磨損形式為氧化磨損和輕微磨粒磨損。

圖13 2 N 載荷下涂層磨損后的高倍SEM 磨痕形貌（a）磨屑；（b）犁溝Fig.13 High magnification abrasion SEM images of the coating after wear under 2 N load（a）abrasive chips；（b）plow wrinkle

當增加法向載荷至5 N 時，與2 N 的低載荷相比，此時磨痕處的磨屑明顯減少，但磨屑顆粒的磨損作用卻更加強烈，導致犁溝現(xiàn)象更加嚴重。如圖14（a）所示，磨損表面上出現(xiàn)了大量的深度增加、數(shù)量增多的犁溝以及自由顆粒和黏著層。這是因為隨著載荷增加，附著在摩擦面上的磨屑顆粒和部分自由顆粒會被更深地壓入涂層中，隨著摩擦球的往復運動，使涂層表面產(chǎn)生塑性變形，形成較深較大的犁溝。此時，磨損形式主要為磨粒磨損［34］。同時，由于載荷增大，涂層表面的微小凸起會更快地被磨掉或發(fā)生塑性變形，而且摩擦過程中產(chǎn)生高溫，使涂層表面更容易與摩擦球發(fā)生粘黏。在持續(xù)的往復摩擦運動下，在涂層磨痕處形成部分黏著層，如圖14（b）所示。此時，磨損形式也包括了黏著磨損。

3 結(jié)論

（1）涂層由沉積點堆疊鋪展形成，呈橘皮狀形貌，沉積點以噴濺花樣展開，涂層截面形貌無明顯缺陷，涂層較均勻，涂層與基材之間呈冶金結(jié)合，厚度約為59.67 μm。

（2）電極和涂層均以BCC1 和BCC2 簡單固溶體為主，還有少量Fe2Ti 相化合物，無序BCC1 固溶體在富Al-Ni 結(jié)構(gòu)中形成，有序BCC2 固溶體形成于富Fe-Cr 結(jié)構(gòu)中。電極材料微觀組織呈典型的樹枝晶，枝晶部分以Al，Ti，Ni 元素為主，Cr，F(xiàn)e 元素則集中于枝晶間部分。

（3）涂層到基材的硬度呈階梯式下降，靠近涂層表面最大硬度值為587.3HV0.2。涂層表面平均硬度值遠高于304 不銹鋼基材達到584.8HV0.2，且硬度值波動較小。

（4）對304 基體和AlCrNiFeTi 涂層分別進行2 N與5 N 載荷的摩擦磨損測試，在同種載荷下，涂層試樣的磨損體積小于304 不銹鋼基材，磨損率也呈現(xiàn)如此規(guī)律。當摩擦載荷增加至5 N 時，磨損體積有所增大，但磨損率卻減小，此時涂層最小磨損率1.213×10-3mm3/（N·m）比基材降低28.3%。在2 N 載荷下，其磨損形式為氧化磨損和輕微磨粒磨損；當載荷為5 N 時，其磨損形式主要為磨粒磨損和黏著磨損。