《iScience》：Properties of laser-cladded FeCoCrNiMo high-entropy alloy on N80 carbon steel surfaces
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针对油气田N80碳钢油管磨蚀失效难题，作者采用激光熔覆技术制备FeCoCrNiMo高熵合金（HEA）涂层，锁定1800–2000 W为最优功率窗口，使硬度提升~2倍、磨损量降低69.9%、电荷转移电阻R提高3.5倍，为延长油管寿命提供绿色表面强化方案。
在油气开采的“地下钢铁动脉”里，N80碳钢油管长期承受含砂原油、酸性介质和交变应力的联合攻击，磨损失效与局部穿孔如同“慢性病”反复发作，不仅造成停产，还可能引发环保灾难。传统磷化+调质工艺已难满足深井、超深井的苛刻工况，行业急需一种“外硬内韧”且与基体冶金结合的绿色表面解决方案。
高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）凭借“多主元高混乱度”带来的固溶强化、迟滞扩散和鸡尾酒效应，被誉为金属材料的“新大陆”；而激光熔覆（Laser Cladding, LC）则以低稀释、窄热影响区（HAZ）和快速凝固优势，成为表面工程的“快刀”。当二者相遇，能否为N80油管披上“抗磨防腐铠甲”？Xinfu Liu、Wenhao Shi 团队正是在这一背景下，于2026年2月在《iScience》发表了他们的系统研究。
作者以现场服役的N80碳钢为基底，采用同轴送粉半导体激光器在1800–2400 W区间进行单道熔覆实验，结合XRD、SEM-EDS、显微硬度、UMT往复磨损和电化学阻抗谱（EIS）等多尺度表征，锁定了“功率—组织—性能”之间的量化关系。
关键技术方法
激光熔覆：Han’s HL-CM-6000K-G3半导体激光器，3 mm光斑，10 mm/s扫描，氩气保护
相/组织表征：XRD（Cu-Kα）、ZEISS Sigma300 SEM+EDS
力学性能：FM-700维氏显微硬度（200 gf，10 s）
摩擦学：CETR UMT-3往复 tribometer，页岩原油润滑，10 N-2 Hz-1200 s
腐蚀行为：CS2350H电化学工作站，3.5 wt% NaCl，三电极体系，EIS拟合等效电路
研究结果
截面宏观形貌
1400–1600 W出现气孔、未熔合；2400 W因过热量输入发生“熔池塌陷”与稀释加剧；1800–2000 W界面平直、无缺陷，呈规则月牙形，被选为最优窗口。
相结构
所有涂层均呈单一面心立方（FCC）固溶体，(111)、(200)、(220) 衍射峰位随功率无明显偏移，表明Mo完全固溶未诱发新相。
微观组织与元素分布
功率↑→冷却速率↓→枝晶（DR）-枝晶间（ID）形貌由细密等轴转变为粗大树枝状；Mo、Cr富集于ID，Fe、Co、Ni占据DR。2000 W时ID网络最均匀，无明显微区偏析。
晶粒尺寸
ImageJ统计平均晶粒尺寸由1800 W的7.03 μm 增至2200 W的8.84 μm，符合D=a(R)规律，为后续Hall-Petch关系埋下伏笔。
显微硬度
涂层硬度≈2×基体（221.4 HV）；2000 W达峰值497.5 HV，2200 W回落至471.3 HV，证实过高功率因晶粒粗化削弱强化效应。
摩擦系数与磨损量
2000 W涂层稳态摩擦系数最低（0.2517），比N80（0.3012）下降16.4%；磨损质量由基体0.0173 g 降至0.0052 g，减损69.9%，磨痕表面仅见轻微犁沟，无大片剥落。
电化学腐蚀行为
EIS拟合显示2000 W涂层电荷转移电阻R=3.69×10 Ω·cm，为基体3.5倍；极化曲线自腐蚀电流密度最低，钝化区最宽。SEM观察腐蚀形貌，基体出现均匀腐蚀坑，而2000 W涂层表面仅存在分散微孔，证实Cr、Mo协同钝化效应。
结论与讨论
研究首次将FeCoCrNiMo HEA 成功锚定于油田N80碳钢表面，证明1800–2000 W 是兼顾成形质量、硬度、耐磨与耐蚀的“甜蜜点”。在该窗口内，激光能量密度（76.4–84.9 J/mm）足以确保完全熔融与冶金结合，又避免因过热导致晶粒粗化和稀释失控；单一FCC 结构不仅简化了组织预测，也为后续多道搭接与残余应力模拟提供了“单相”边界条件。硬度提升源于固溶+细晶双重强化，而磨损与腐蚀同步改善则归功于Mo 提高再钝化能力、Cr 降低活性溶解的协同化学屏障。
尽管作者指出实验仍停留在单道实验室尺度，缺乏现场循环载荷与HS/CO共存环境的长期验证，但这项工作为油管再制造提供了“高熵涂层+绿色激光”的可扩展范式：无需更换管柱，即可在井口或维修车间实现局部再强化，预计可将油管服役寿命延长一倍以上，对保障页岩气、深井油气持续开发具有直接工程价值。未来围绕多道搭接疲劳、高温高压冲刷及经济粉体回收的研究，将进一步推动该高熵“铠甲”走向油田一线。
