【摘 要】
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面心立方结构的等原子比CrCoNi中熵合金具有优异的力学性能,但极易受到氢脆的影响。氢脆的本质是扩散氢在合金晶界的偏析,导致晶界内聚力急剧下降。因此,提高合金晶界的内聚力是提高合金抗氢损伤的有效策略。本研究选择CrCoNi中熵合金,基于晶界偏析工程,通过合金化在合金晶界引入溶质偏析,利用溶质来修饰合金晶界的化学成分,从而提高合金的晶界内聚力提高合金的抗氢损伤能力。本文研究了B和W合金化对合金晶界成
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面心立方结构的等原子比CrCoNi中熵合金具有优异的力学性能,但极易受到氢脆的影响。氢脆的本质是扩散氢在合金晶界的偏析,导致晶界内聚力急剧下降。因此,提高合金晶界的内聚力是提高合金抗氢损伤的有效策略。本研究选择CrCoNi中熵合金,基于晶界偏析工程,通过合金化在合金晶界引入溶质偏析,利用溶质来修饰合金晶界的化学成分,从而提高合金的晶界内聚力提高合金的抗氢损伤能力。本文研究了B和W合金化对合金晶界成分分布的影响,明确了晶界偏析的形成原因,探究晶界偏析对晶界内聚力的影响,并重点研究晶界偏析对CrCoNi中熵合金氢脆抗性的影响,以及分析CrCoNi合金的氢脆机理。B合金化后经过冷轧与退火的方法在CrCoNi中熵合金的晶界中引入了高于基底B浓度37.5倍的偏析。实验结果表明,B合金化没有对合金初始的拉伸性能产生影响。但是B合金化显著地降低了充氢后合金的塑性损失率,并且有效地抑制了氢致韧脆断裂模式的转变,在充氢后以脆性沿晶断裂与韧性穿晶断裂混合的模式断裂。电子背散射衍射分析结果表明,未合金化和B合金化试样在相结构、晶粒尺寸和晶界特征上没有差异。通过三维原子探针分析揭示了二者的差异,发现B合金化试样中的晶界含有高达1.5 at.%B以及分散的纳米硼化物。并且根据理论分析证实了B的晶界偏析导致了合金晶界内聚力增强,提高了B合金化试样抵抗氢致晶界脱粘的能力,提高了合金氢脆抗性。通过延长再结晶退火的时间,过饱和固溶6 at.%W在CrCoNi中熵合金中,并诱发了W与Cr在合金晶界的共偏析。W合金化显著提高了合金的强度,并且完全抑制了合金充氢后的韧脆断裂模式的转变,在充氢后保持韧窝聚集的韧性断裂。通过透射电镜观察到了W的晶界偏析,并从理论上分析了W偏析有效地降低了合金晶界的能量,从而造成W合金化试样的晶粒尺寸低于未合金化试样一个数量级。也证实了晶粒细化对合金氢脆抗性的提高没有直接关系,通过对W合金化形变组织演变过程表征,明确合金的氢脆机理以及W晶界偏析对合金氢脆抗性的改善作用,通过理论分析W偏析的原因及其对合金晶界的强化机理。
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