【摘 要】
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高熵合金是一种不同于传统合金设计理念的新型合金,该合金是由513种金属或非金属组成,元素按照等摩尔比或者是接近等摩尔比的方式进行混合所形成的一种合金,其中每一种元素的含量都在5%35%之间。由于高熵合金多种主元素之间产生的高熵效应,使得晶体易于形成简单结构固溶体,如体心立方结构固溶体和面心立方结构固溶体,同时还可能伴有金属间化合物以及纳米相,从而到达固溶强化、沉淀强化、析出强化和弥散强化的效果。通
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高熵合金是一种不同于传统合金设计理念的新型合金,该合金是由513种金属或非金属组成,元素按照等摩尔比或者是接近等摩尔比的方式进行混合所形成的一种合金,其中每一种元素的含量都在5%35%之间。由于高熵合金多种主元素之间产生的高熵效应,使得晶体易于形成简单结构固溶体,如体心立方结构固溶体和面心立方结构固溶体,同时还可能伴有金属间化合物以及纳米相,从而到达固溶强化、沉淀强化、析出强化和弥散强化的效果。通过合理的成分设计,可以使高熵合金具有比传统合金更优异的性能,例如,高硬度、高强度、良好的抗高温氧化性能及优异的耐腐蚀性能等。本文采用真空电弧熔炼的方法制备了CuxCrFeNiTi(x=0.1,0.25,0.5,0.75,1)(简记Cux)系高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对铸态Cux系高熵合金的相结构、显微组织及成分进行了分析。此外,还对该高熵合金系进行了显微硬度、抗高温氧化性能及耐腐蚀性能的测试,并对试验结果进行了分析和讨论。研究发现,铸态Cux(x=0.1,0.25,0.5,0.75,1)系高熵合金主要由FCC固溶体、BCC固溶体和Fe2Ti Laves相组成,并且形成了典型的树枝晶组织;所有合金由于多主元的固溶强化作用都表现出很高的显微硬度;随着Cu含量的增加,合金中析出的Fe2Ti Laves相减少使得合金的显微硬度值从834HV到657HV持续下降。对Cux(x=0.25,0.5,0.75,1)系高熵合金在600℃、700℃和800℃空气中进行了循环氧化试验。实验结果表明,Cux(x=0.25,0.5,0.75,1)系高熵合金在600℃和700℃氧化时均能较好的符合抛物线规律。氧化速率常数随着温度的升高而增大。当温度升高至800℃时,CuxCrFeNiTi系高熵合金表面氧化膜出现严重的开裂和剥落现象,氧化动力学曲线不再遵循抛物线规律;Cux(x=0.25,0.5,0.75,1)系高熵合金在氧化过程中,形成了多种氧化产物,主要为TiO2和Cr2O3,还生成了少量的Fe3O4、Fe2O3、Fe5CuO8以及尖晶石氧化物(主要有CuFe2O4、FeCr2O4和NiFe2O4)。Cux(x=0.1,0.25,0.5,0.75,1)系高熵合金具有相对较高的腐蚀电压(Ecorr)和低的腐蚀电流密度(icorr)以及低的腐蚀速率,表现出良好的耐腐蚀性能。随着Cu含量的增加,该合金体系的耐腐蚀性能是降低的;富铜枝晶间Cu元素和贫铜树枝晶间的Cr元素存在明显的正、负电位差,形成了电偶腐蚀,电流作用导致含Cu-Ni-Ti-rich FCC相的枝晶间区域优先腐蚀。
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