哈尔滨工业大学材料科学与工程学院谢洪波[16]等利用非自耗真空电弧熔炼技术,研究等摩尔Mn、V、Mo、Ti、Zr元素对AlFeCrCoCu多组元高熵合金的组织结构、硬度及抗高温氧化性能的影响。结果表明:6组合金都是典型的枝晶结构,合金组织成分偏析比较严重,Cu元素大量富集在晶间。其中Ti和Zr元素对合金组织的影响最大,两组合金都伴随富Cr组织析出。合金具有较强的硬度,其硬度均与添加元素原子半径成正比。热重分析实验表明:合金具有较强的抗高温氧化能力,在加热到700℃以前,质量几乎保持不变,AlFeCrCoCu合金的抗高温氧化性能最好,而第6元素的添加对合金的抗高温氧化能力不利。其中,V和Mo元素的加入导致其产生的对应氧化物具有易挥发特性而严重地恶化合金的抗高温氧化性能。Mn、V、Mo、Ti、Zr元素对AlFeCrCoCu-X多组元高熵合金组织与高温氧化性能的影响研究发现合金电硬度与添加的元素的原子半径有关,原子半径越大硬度越高。其中Ti、Zr两种元素对合金的组织均有不利的影响,易造成成分偏析。而AlFeCrCoCu合金本身的热稳定性很好,再加入其它元素后热稳定性均不如以前,其中V和Mo对热稳定性的负面影响最大。

西北工业大学凝固技术国家重点实验室史一功[17]等就AlCoCrFeNiCu多组元高熵合金在过氧化氢介质中的摩擦磨损性能进行了研究。利用环-块摩擦磨损试验机对多组元高熵合金AlCoCrFeNiCu/GCr15摩擦副在不同浓度的过氧化氢中进行摩擦磨损实验。研究结果表明AlCoCrFeNiCu和GCr15在过氧化氢中的磨损远小于在纯水中的磨损量,并且磨损量随着过氧化氢浓度的增加而减小。并且发现在30%以上的过氧化氢中AlCoCrFeNiCu高熵合金的磨损机制开始发生改变使得磨损程度大大降低。

昆明贵金属研究所稀贵金属综合利用新材料国家重点实验室朱刚[18]等发现Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷具有高温抗氧化机理,Ti(C,N)对多主元高熵合金抗氧化能力的提升效果明显,这主要归功于AlCoCrFeNi高熵合金中Al、Cr两种元素,因其自身的活泼性,这两种元素倾向于被优先氧化,形成AlTiO5和Cr4WO6氧化膜从而增强合金的抗氧化性。此外还发现AlTiO5以及Cr4WO6复合氧化膜具有与基体较好的结合性而不易脱落。

吉林大学的刘亮[19]研究发现多组元高熵合金低塑性是限制多组元高熵合金被广泛应用的一大阻碍,如果将高熵合金制备成镀膜材料将会是一种比较好的方法,高熵合金具有高硬度和高耐磨性,可以作为涂层来很好的保护基底材料。着重对制备FeCoCuNiSnx系列、FeMnNiCuCoSnx系列、FeNiCuMnTiSnx系列合金和FeCoNiCuVZrAl氮化薄膜进行研究,结果表明:FeCoCuNiSnx系合金和FeNiCuMnTiSnx系合金具有其他高熵合金不具有的较高的塑性,在拉伸实验中,两组合金伸长率分别为19.8%和16.9%,提高了其加工性能。这一发现对高熵合金的应用具有重大的意义;合金中的Sn元素对合金的塑性影响很大,整体呈抛物线型变化,在Sn含量为0.05之前,随着Sn含量的增加,合金的塑性增强,在Sn含量超过0.05后合金塑性与Sn的含量呈反比;合金的磁性随着Sn含量的增加而增强。

多组元合金的前景展望

共晶系高熵合金中一般都会选择添加Mo与Nb元素,从二、三元相图的观察中发现,这两种元素与其他许多元素之间存在共晶反应。J.M.Zhu等研究了AlCoCrFeNiMox共晶合金系,合金的共晶组织由BCC和α两相组成,合金以BCC相为基体,因此,合金的屈服强度与断裂强度较高。AlCoCrFeNiMo0.3合金的断裂强度可达到3161MPa,AlCoCrFeNiMo0.5合金的屈服强度为2757MPa,但由于BCC基体较硬,因而其塑性较差,AlCoCrFeNiMo0.3合金与AlCoCrFeNiMo0.5合金的延伸率分别可达3.3%和2.5%。由于该合金系使用了相对较硬的BCC基体,随着Mo的增加,共晶组织的体积分数增高,并且合金的强度得到大幅度的改善,但是由于化合物体积分数的增加,合金的塑性严重恶化。为了减缓合金塑性的恶化,西北工业大学Wang等设计了一种以FCC相为基体的CoCrFeNiNbx共晶高熵合金。FCC相比较BCC更软,与化合物相可以搭配的更加适合,并且该系列的合金的共晶组织由FCC和Laves相组成。CoCrFeNiNb0.8合金的屈服强度、断裂强度与塑性分别为2479MPa、2200MPa和12.8%。并且他们对此系列的高熵合金进行了相图模拟,做出了(CoCrFeNi)-Nb伪二元相图,并且实验结果与预期匹配良好。与此同时,Wang等人还发现CoCrFeNiNbx系列共晶高熵合金拥有良好的热稳定性。CoCrFeNiNb0.65合金在750℃下保温120h,其微观组织几乎不变,该系列高熵合金是一种有潜力的高温材料。

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