AlCuFeMnNi高熵合金组织结构与耐磨性能研究

为了研究AlCuFeMnNi高熵合金的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性能,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对真空熔炼制备出的AlCuFeMnNi合金进行测试。结果表明:AlCuFeMnNi合金是由BCC主相和FCC相构成的双相结构。AlCuFeMnNi合金显微组织是由BCC主相枝晶区域和FCC相晶间区域构成,属于典型的树枝晶结构。合金锭底部枝晶组织细小则是因为该区域界面热阻小、散热快、温差与过冷度大和形核速率高所致;顶部没有出现连片的晶间区域则是因为在凝固过程中被粗大枝晶“树杈”割裂成“小熔池”所致。AlCuFeMnNi高熵合金的显微硬度、摩擦因数和质量损失率分别为423.5 HV0.5、0.61和0.40%,其摩擦磨损曲线随时间的增长呈现先快速上升后稳定的趋势。这主要是因为摩擦初期摩擦因数随阻力和接触面积的增加而迅速增大和磨损机制由初期剥层磨损向后期氧化磨损转变所致。

添加Ti对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响

为研究添加Ti元素对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响,采用真空电弧熔炼技术制备了等摩尔比的AlCuFeMnNi和AlCuFeMnNiTi合金。利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了上述两种合金的物相组成、显微组织、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,添加Ti元素后,AlCuFeMnNiTi合金由原来的FCC与BCC1双相结构转变为FCC、BCC1与BCC2三相结构,其点阵常数和晶胞体积均有所增大。两种合金均为典型的树枝状晶,Ti元素的添加使合金晶粒逐步细化,枝晶区域面积增加,晶间区域面积减小,枝晶区域弥散分布有少量领先相BCC2。添加Ti元素后,合金的硬度由423.5 HV0.5提高到498.0 HV0.5;质量损失率和摩擦因数则分别由0.43%、0.59降低至0.39%、0.46,摩擦因数呈先增大后稳定的变化趋势。AlCuFeMnNiTi合金硬度和耐磨性能的提高主要是由Ti元素的添加所引起的细晶强化、固溶强化和晶体结构向高强相转变的综合作用所致。

AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金的组织形貌及耐磨性

采用真空熔炼法制备出了AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金,通过XRD、SEM、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了AlCoCrFeMnZr合金的晶体结构、组织形貌、硬度以及耐磨性能。结果表明,AlCoCrFeMnZr合金的物相结构为BCC和HCP双相结构,组织由初生相和细密的片状共晶组织组成。初生相由富Cr、Fe、Zr的HCP相组成,以树枝晶方式生长,片状共晶组织中枝晶区域(α相)主要分布Co、Cr、Fe,晶间(β相)主要分布Al和Zr,符合高熵合金组织及元素分布规律。磨损方式由粘着磨损和磨粒磨损转变为氧化磨损,摩擦因数出现先增加后减少的趋势,平均摩擦因数为0.5432,显微硬度为768.8 HV0.5,具有优良的硬度和耐磨性。