Al-Cr-Nb-Ti-Zr共晶难熔高熵合金高温摩擦磨损性能研究

通过非自耗真空电弧熔炼制备了Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)(x=0、13)共晶难熔高熵合金,并探究了Al和Ti元素含量变化对Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)共晶难熔高熵合金相结构、微观组织、显微硬度与高温摩擦性能的影响规律.结果表明:2种合金相结构相同,均由富含Nb和Ti的B2相与富含Cr和Zr的C14 Laves相组成;但随着Al含量的增大,合金铸态组织发生了从亚共晶(初生B2相+B2/Laves相共晶相,x=0)到共晶(B2/Laves相共晶相,x=13)的转变,同时伴随着合金显微硬度的提高,并且在宽温域下的摩擦性能有所改善.随着摩擦试验温度的升高,2种合金的磨损机制均从磨粒磨损逐渐转变为以氧化磨损为主,且磨损率均呈现出逐渐降低的趋势.不同温度下摩擦试验发现完全共晶合金Al28Cr20Nb15Ti27Zr10表现出更好的耐磨性,这是由于完全共晶合金更高的硬度以及在高温下的氧化摩擦层含有更大比例的Al2O3,从而摩擦层更为致密.

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

共晶组织强化NbMoZrVSi_(x)难熔高熵合金的摩擦磨损性能及磨损机理

难熔高熵合金共晶强化组织的形成机制及其对室温摩擦磨损行为的研究,可为后续开发具有优异摩擦磨损性能的难熔高熵合金提供新的设计思路。本工作利用摩擦试验机、SEM和XPS等手段研究了微量Si元素添加对NbMoZrV难熔高熵合金室温摩擦学性能的影响规律,分析了不同硅化物的析出形态对合金磨损机理的影响。结果表明:适量Si元素添加时,NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金的bcc基体晶界处会均匀析出由Zr-Zr3Si相组成的共晶组织结构,该共晶组织会显著提高合金的硬度和耐磨性。不同于NbMoZrV、NbMoZrVSi_(0.05)和NbMoZrVSi_(0.2)合金波动较大的摩擦学行为,在不同加载力下,含有共晶组织结构的NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在室温滑动干摩擦实验中表现出了稳定的摩擦系数和磨损率。磨损机理分析表明,Zr-Zr3Si共晶组织的形成会抑制NbMoZrVSi_(0.1)难熔高熵合金在摩擦过程中的裂纹萌生扩展以及脆性剥落,并促进随后均匀氧化的发生,使得其仅表现出轻微磨粒磨损的特征,从而使其耐磨性得到显著提升。