AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与摩擦磨损性能

高熵合金突破传统合金设计思想,依靠近等摩尔比、不低于5种组元混合形成具有远低于平衡相所预测的相数和简单的固溶体结构,从而有可能冲破传统金属材料的性能极限。为了研究多主元合金元素的物相形成机理与显微组织结构对宏观摩擦磨损性能的影响,采用非自耗电弧熔炼技术制备了等摩尔比的Al Co Cr Cu Fe多主元高熵合金。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了Al Co Cr Cu Fe合金的物相结构、显微组织与摩擦磨损性能。研究发现:Al Co Cr Cu Fe高熵合金的显微组织为典型的树枝晶,由简单的BCC相和FCC相构成,且BCC相和FCC相的各衍射峰均普遍较宽。在干摩擦条件下,Al Co Cr Cu Fe/GCr15摩擦副的摩擦系数随摩擦时间增大呈先升高后降低再稳定的过程,其磨损机制由剥层磨损向氧化磨损转变,其平均摩擦系数为0.55,质量损失率为1.44%。结果表明:晶间为Cu元素富集区域;枝晶区域为调幅分解的网格层状结构;枝晶边界附近有纳米颗粒析出。Cu元素晶间富集主要是由于Cu与其他元素的混合焓、结合能力、互溶性、熔点等差异较大引起的;枝晶区域的调幅分解层状结构则主要是因为原子尺寸因素产生的共格应力与弹性交互作用抑制了组织长大;枝晶边界附近的纳米颗粒析出则由迟滞扩散效应、金属遗传性与工艺过程所决定。BCC相和FCC相衍射峰变宽是由于各组元原子半径差较大、各元素等摩尔比存在且混合焓不同、合金内部有较大残余应力以及晶粒尺寸小范围广所致。

CeO2掺杂对AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与摩擦磨损性能的影响

采用熔铸法制备等摩尔比的AlCoCrCuFe高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机分别测试CeO2掺杂前后对其物相结构、显微组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:AlCoCrCuFe由BCC和FCC双相组成,合金中掺杂1%(质量分数)CeO2后引起衍射峰强度的显著提高。两种合金显微组织均为典型树枝晶,Cu与Ce元素在晶间富集,枝晶内为调幅分解组织。CeO2的加入使合金显微硬度从441.5HV增加到475.3HV,摩擦因数与质量损失率分别从0.55,1.44%降低到0.4,1.28%。

AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与相演变

利用真空电弧熔炼法制备了AlCoCrCuFe高熵合金。采用XRD、SEM、EDS测试了AlCoCrCuFe高熵合金的物相结构和显微组织。结果表明：AlCoCrCuFe高熵合金是由BCC与FCC混合双相组成,其显微结构为典型的树枝晶,由富Al、Co、Cr与Fe元素的枝晶区域和富Cu元素晶间区域构成,这与合金元素的混合焓、晶体结构和原子半径差有关。枝晶区域为网格层状的调幅分解组织,枝晶边界附近有纳米颗粒析出,这主要是由于原子混乱度高、原子半径差大和迟滞扩散效应所引起的。