Nb25Mo25Ta25Ti20W5Cx系难熔高熵合金及其电化学耐腐蚀性研究

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难熔高熵合金(Refractory high entropy alloy,RHEA)是由四种或四种以上难熔元素组成的合金,具有高强度、高硬度以及优异的高温稳定性等特点,被誉为下一代高温合金,在航空航天、核能等领域有广泛的应用前景。本文针对难熔高熵合金室温脆性等问题,基于Nb Mo Ta W设计并制备了Nb25Mo25Ta25Ti20W5Cx(x=0,0.1,0.3,0.5,0.8,分别简称为C0、C1、C3、C5、C8合金)系难熔高熵合金。此外,难熔高熵合金在海洋船舶领域也有广泛的应用,然而,难熔高熵合金在耐腐蚀性方面的研究尚处于起步阶段。本文主要针对难熔高熵合金的微观组织、力学性能以及电化学耐腐蚀性能展开研究。基于Nb Mo Ta W设计并制备了Nb25Mo25Ta25Ti20W5Cx系难熔高熵合金,并对合金的物相结构、微观组织以及力学性能进行深入分析。研究发现C元素含量不仅可以改变难熔高熵合金的微观组织,还导致合金产生了不同程度的晶格畸变,直接影响了合金的宏观力学性能。与C0合金相比,C1、C3、C5和C8合金的抗压强度和硬度均有所提高。随着C元素含量的增加,难熔高熵合金的屈服强度和显微维氏硬度整体呈上升趋势,其中C8合金在室温下的压缩屈服强度和显微维氏硬度可达1291.76MPa和453HV,均优于Nb Mo Ta W合金。C元素对合金的压缩塑性的提升最为明显,较Nb Mo Ta W合金在室温下的压缩塑性(约0.95%)相比,C3合金的压缩塑性(约25.24%)有较大提升。选择体系中C1、C3和C8三种典型的难熔高熵合金作为研究对象,并选择304L和Nb Mo Ta W作为对比材料。研究了不同温度和不同浓度的Na Cl对钝化膜阻抗、钝化膜成分、极化特性以及腐蚀形貌的影响规律;发现溶液温度和溶液浓度的变化对高熵合金耐腐蚀性产生的影响并不相同,其中难熔高熵合金在较低温度的Na Cl溶液中表现出了较好的耐腐蚀性,而在较高浓度的Na Cl溶液中,难熔高熵合金的耐腐蚀性不但没有降低,反而有所提升。对合金钝化膜成分展开分析发现,在高浓度的Na Cl溶液中合金表面钝化膜中Ti2O3的含量不仅没有降低反而有所提高,这就是导致合金的耐腐蚀性在高温度和高浓度Na Cl溶液中产生不同规律的主要原因。此外,在相同的Na Cl溶液中,C1和C3合金的耐腐蚀性优于304L和Nb Mo Ta W合金,并且两种合金的腐蚀形貌也显示其抗点蚀能力远超304L。论文研究了Nb25Mo25Ta25Ti20W5Cx系难熔高熵合金微观组织、力学性能及其电化学耐腐蚀性,对高性能难熔高熵合金设计、制备及其在耐腐蚀环境下的应用有重要的意义。
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