新型NbMoCrTiAl-1Si-xB(x=0、1)难熔高熵合金的微观组织及高温氧化行为研究

目的进一步改善新型低密度难熔高熵合金NbMoCrTiAl-1Si的高温氧化能力。方法采用非自耗真空电弧熔炼技术配合水冷铜模制备了 B(x=0、1)合金,于1173 K下,在TGA/DSC1型热重及同步热分析仪上进行了48 h高温氧化试验,通过XRD、SEM及EDS分析了该合金的组织结构和高温氧化机制。结果铸态NbMoCrTiAl-1Si-x B(x=0、1)合金具有典型的枝晶状组织,1%B元素的添加不会改变合金枝晶的组织结构,但会使枝晶间组织形态由黑色纳米颗粒状转变为亮白色短棒状。NbMoCrTiAl-1Si合金的氧化过程由初期线性快速氧化阶段和后期抛物线慢速氧化阶段组成,氧化总增重为1.064 mg/cm~2,而NbMoCrTiAl-1Si-1B合金氧化过程则可分为具有两个不同氧化速率常数的抛物线氧化阶段,氧化总增重约为NbMoCrTiAl-1Si合金氧化总增重的1/2。经48 h高温氧化后,NbMoCrTiAl-1Si合金表面氧化膜凹凸不平,枝晶间发生了明显的内氧化现象,形成了枝晶内以片状和针状刚玉结构的Al_2O_3为主,枝晶间以团簇状金红石结构的Ti O_2为主的氧化膜,NbMoCrTiAl-1Si-1B合金表面氧化膜相对平坦,整个试样表面覆盖了一层由Al_2O_3、Ti O_2和Ti_(0.4)Al_(0.3)Nb_(0.3)O_2等组成的连续、致密的氧化膜。结论1%B元素的添加会促进NbMoCrTiAl-1Si-1B合金表面Al_2O_3和Ti O_2等致密氧化物的形成,抑制合金内氧化进程,显著提高合金抗高温氧化能力。     

Al_xFeCoNiB_(0.1)高熵合金的微观组织和力学性能

采用真空电弧炉熔炼制备了Al_xFeCoNiB_(0.1)(x=0.4, 0.5, 0.8, 1.2, 1.6, at%)高熵合金,并对其微观组织和力学性能进行测试。随Al含量增加,合金的铸态枝晶由fcc相转变为B_2(AlNi)/bcc相。当x=0.4,0.5时,合金的组织由枝晶fcc相和枝晶间组织B_2相及(Fe,Co)_2B组成;x=0.8时,枝晶由B_2相组成,枝晶间由fcc相及(Fe,Co)_2B组成;x=1.2时,枝晶间由共晶组织fcc+(Fe,Co)_2B组成,bcc呈纳米级颗粒状;x=1.6时,共晶组织消失。随Al含量的增加,抗压强度先上升后下降,Al含量为0.8时达到峰值,为2243 MPa,适量的Al能提高高熵合金综合力学性能。     

AlxFeCoNiB0.1高熵合金的微观组织和力学性能研究

采用真空电弧炉熔炼制备了AlxFeCoNiB0.1（x=0.4,0.5,0.8,1.2,1.6 at%）高熵合金,并对其微观组织和力学性能进行测试。随Al含量增加,合金的铸态枝晶由FCC相转变为B2(AlNi)/BCC相。当x=0.4和0.5时,合金的组织由枝晶FCC相和枝晶间组织B2相及(Fe,Co)2B组成;x=0.8时,枝晶由B2相组成,枝晶间由FCC相及(Fe,Co)2B组成;x=1.2时,枝晶间由共晶组织FCC+(Fe,Co)2B组成,BCC呈纳米级颗粒状;x=1.6时,共晶组织消失。随Al含量的增加,抗压拉强度先上升后下降,Al含量为0.8时达到峰值,为2243MPa,适量的Al能提高高熵合金综合力学性能。     

硼对AlMo0.5NbTa0.5TiZr难熔高熵合金组织和高温氧化性能的影响

目的提高AlMo0.5NbTa0.5TiZr难熔高熵合金的抗氧化性能。方法采用非自耗真空电弧熔炼法制备了AlMo0.5NbTa0.5TiZrBx(x=0、0.02、0.06)难熔高熵合金,通过系列高温氧化试验、X射线衍射分析和扫描电镜及能谱分析,研究了微量B元素的添加对该合金组织结构和高温氧化性能的影响规律。结果铸态AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金具有典型的枝晶状凝固组织,包括由黑色枝晶间区的富Al-Ti-Zr的BCC1相、明亮枝晶区的富Mo-Nb-Ta的BCC2相以及枝晶边缘灰色过渡区的富Al-Zr相。微量B的添加没有改变AlMo0.5NbTa0.5TiZr相组成,但使合金的枝晶组织明显细化。添加B以后,AlMo0.5NbTa0.5TiZrBx合金的放热峰强度由0.95 W/g降至0.05 W/g,氧化反应的峰值温度由880℃升至1020℃;添加适量的B可改善合金短时氧化过程中的氧化皮剥落现象,并可防止合金在长时氧化过程中出现灾难性氧化。由于B的添加,AlMo0.5NbTa0.5TiZrB0.06合金表面在800℃氧化50 h过程中形成了Nb4Ta2O15和AlNbO4等具有保护性的复杂氧化物。结论添加适量的B元素不仅可抑制AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金在800~1200℃之间的氧化反应和氧化增重程度,而且可以大幅提高合金在800℃+3 h和800℃+50 h条件下的氧化抗力。     

AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金微观组织及力学性能研究

为明确AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金在铸态条件下的相组成、元素偏析以及室温力学性能,文中通过氩气保护真空电弧熔炼法制备了AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金。采用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)分别对该合金进行了物相分析、热稳定性分析以及组织分析。利用显微维氏硬度计测量了合金在室温下的硬度。通过电子万能试验机对合金进行了室温压缩试验。结果表明:铸态AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金除bcc相的衍射峰外,无其他相的衍射峰出现,说明合金主要由bcc相组成;在400～1 350℃范围内,合金无吸热或放热现象出现,合金未发生固态相变,具有较高的热稳定性;合金的铸态组织为典型的枝晶状凝固组织,可分为三个微观区域,富Mo-Nb-Ta枝晶心部区域,富Al-Zr枝晶间区域以及富Al-Ti-Zr的枝晶边缘过渡区域;合金室温下的平均硬度可达625HV,抗压强度约为2 100MPa。     

B含量对FeCrCoNiMn高熵合金组织及力学性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了FeCrCoNiMnBx高熵合金,并对其微观组织和力学性能进行测试。未加入B元素时,合金组织具有单一FCC结构的胞状晶。B含量≥0.05时(at%),组织由FCC结构和具有树枝状和纳米颗粒状(Cr,Fe)₂B组成。随B含量的增加,合金的抗拉强度逐渐增加,硼含量为0.2(at%)时,合金的抗拉强度达到最大值610 MPa,但延伸率只有7%。B含量为0.1时,合金的综合力学性能最佳,抗拉强度为550MPa,延伸率为20%。故加入适量的B元素能提高高熵合金综合力学性能。