论文部分内容阅读
高熵合金作为近来发展起来的一类新型合金,因其打破了传统合金设计的枷锁,具有极大的发展潜力。体心立方(BCC)结构高熵合金在硬度、室温及高温下的力学性能、抗高温氧化性能等方面具有明显的优势。在传统合金中,氮、氧元素作为微量添加元素,在提升合金性能方面具有自身明显的优势。本文主要探索了氮、氧元素对于BCC结构高熵合金组织及性能的影响。本研究根据已有的高熵合金设计模型结合实际经验,设计了Ti2ZrHfV0.5Mox(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)系单相BCC结构高熵合金,以单相BCC结构的Ti2ZrHfV0.5Mox高熵合金为研究对象,对其添加微量氮和氧元素,通过对该合金系组织及性能的研究得出以下结论:(1)XRD衍射分析以及SEM分析发现Ti2ZrHfV0.5Mox(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)合金为单相BCC结构,与预测结果一致。但是随着Mo元素的添加,由于各元素间熔点相差较大,晶粒中出现元素偏析现象,且随着Mo元素的进一步增加,偏析现象逐渐加重。(2)对Ti2ZrHfV0.5Mox系高熵合金进行力学性能测试发现,随着合金中Mo元素的添加,合金的强度硬度不断提升,塑性下降。这是由于Mo原子与Ti、Zr、Hf等原子的原子半径差大,导致晶格畸变严重,阻碍了位错的移动。其中Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金具有单一BCC结构,组织成分均匀,具有良好的综合力学性能。(3)氮、氧元素对于合金组织结构的影响基本保持一致。氮、氧元素的添加改变了Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金的结构和性能。氮、氧元素以一部分间隙固溶的形式加入到基体合金的晶格中,另一部分以弥散析出物的形式析出。(4)添加氮、氧元素后Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金硬度明显的提升。不含氮元素时合金的硬度值为346 HV,当氮含量达到4at%时,合金硬度值达到了598 HV,提升了73%。固溶强化以及析出强化对于合金压缩性能也产生了极其明显的影响。合金展现出塑性下降,强度提升的特征。当氮含量达到4at%时(氧含量达到3at%时),合金已经完全变为脆性。(5)添加氮、氧元素后对Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金摩擦磨损性能产生的影响略有不同。氮元素的添加对于摩擦系数影响不明显,但是氧元素添加不仅降低了Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金摩擦系数而且提高了摩擦系数的稳定性,有利于合金的减摩性的优化。对于合金的耐磨性,添加氮、氧元素均可降低合金的磨损率,当氮、氧含量分别为1at%时,Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金的耐磨性均优于的Ti-6Al-4V合金。但过量的氮、氧含量会导致Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金变脆降低合金的耐磨性。(6)随着氮元素的加入,Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金的耐腐蚀以及耐点蚀性能显著提升,主要原因是氮元素增强了合金表面钝化膜的稳定性。相比较于氮元素对于合金耐腐蚀性能的提升,氧元素的增加对Ti2ZrHfV0.5Mo0.2合金的耐腐蚀性能影响不大,合金耐腐蚀性能几乎不变。