Superior Self‐Lubricating Coatings with Heterogeneous Nanocomposite Structures on Ti–Nb–Zr–Ta–Hf Refractory Multi‐Principal Element Alloy

材料科学 纳米复合材料 难熔金属 合金 冶金 耐火材料(行星科学) 钛合金 复合材料
作者
Ge Zhang,Yisong Chen,Yuankui Cao,Bin Liu,Qianli Huang,Yong Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (44) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202405657
摘要

Abstract There is tremendous interest in the development of highly wear‐resistant coatings for metallic materials to reduce energy loss and prolong service life. In this study, the authors propose an approach to develop nanocomposite coatings featuring deformable nanocrystals embedded in amorphous matrix for self‐lubrication and superior wear resistance. The dual‐layered nanocomposite coatings are prepared by plasma electrolytic oxidation (PEO) on a Ti‐Nb‐Ta‐Zr‐Hf (TNZTH) refractory multi‐principal element alloy (RMPEA) and commercially pure Ti (cpTi). The inner layers of PEO coatings are composed of substrate element oxides (amorphous TNZTH─O oxide or anatase TiO 2 ), while their outer layers exhibit typical nanocomposite structures. Different from the cpTi‐based PEO coating outer layers composed of brittle rutile TiO 2 nanoparticles dispersed in an amorphous matrix of SiO 2 and Na 2 O·nSiO 2 , the outer layers of TNZTH‐based PEO coatings are featured by deformable Na 2 Zr(Hf)O 3 nanocrystals heterogeneously embedded in an inhomogeneous amorphous matrix composed of TNZTH─O oxide, SiO 2 , and Na 2 O·nSiO 2 . As a result, the TNZTH‐based PEO coatings exhibit favorable self‐lubricating performance and superior wear resistance, while the cpTi‐based PEO coatings are completely destroyed after sliding wear. Thus, this study offers valuable insights into the design and development of self‐lubricating coatings with superior wear resistance for metallic materials.

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