强流脉冲电子束作用下CoCrFeNiMo0.2高熵合金微观结构及性能研究

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近年来,高熵合金(HEAs)以其高硬度、优异的耐磨性和抗腐蚀性能成为机械关键部件的潜在候选材料。但是,块体高熵合金存在组织粗大、元素偏析等突出问题,严重影响合金性能,制约了合金的应用潜力。强流脉冲电子束(HCPEB)技术作为一种先进、环保的改性强化技术,可以有效调控材料表面微观组织,实现优化表面多种性能的目的。本课题利用HCPEB技术分别对真空电弧熔炼和粉末冶金法制备的CoCrFeNiMo0.2高熵合金表面微观结构进行调控,研究了改性前后样品表面的相结构、微观形貌、成分分布等形成与演变规律;随后测试了辐照前后样品表面显微硬度值、磨损行为和电化学腐蚀性能,分析了材料表面性能的强化机理。电子束辐照处理后,铸态合金和烧结样品的XRD分析结果表明表面没有新相生成,但晶粒取向发生变化。OM和SEM表征结果显示,原始CrFeCoNiMo0.2高熵合金经HCPEB辐照后,孔隙网络、未熔颗粒和成分偏析等缺陷消失,表面发生重熔,呈现出典型的熔坑形貌,熔坑密度随辐照次数的增加而逐渐降低。同时,由于表面被瞬间熔化,随后发生快速的冷却和定向凝固,表面成分趋于均匀化,晶粒尺寸明显减小,并形成致密的超细晶重熔层,且其厚度随辐照次数的增加呈增加趋势。TEM分析结果显示,HCPEB辐照使样品表面析出大量纳米级σ相颗粒,并诱发产生亚晶、高密度位错、位错胞、层错以及孪晶等亚结构。HCPEB辐照处理后,两种方法制备的合金表面硬度值均明显提高,且硬度值随着辐照次数的增加而不断增加。这主要归因于细晶强化、第二相弥散强化和应变强化。HCPEB辐照处理显著改善了原始CrFeCoNiMo0.2合金表面的耐磨性,这主要是由于表面析出了纳米级硬质σ相,这些小析出物不仅提高了合金表面的硬度还可以充当减摩的润滑剂。腐蚀性能测试结果表明,辐照样品在3.5 wt.%NaCl溶液中均具有更高的腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,这说明试样表面耐蚀性显著被改善。成分均匀且致密的保护层、高密度晶界以及大量结构缺陷共同促进了连续氧化膜的稳定生长,进而提高了材料表面的抗腐蚀性能。
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