【摘 要】
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与传统合金相比,高熵合金具有高强度、高耐腐蚀性、优异的高温力学性能、良好的抗辐照性能等诸多优异特性,被认为是极具应用前景的核能系统结构材料。但目前众多的高熵合金系统中均含有Co或Cu元素,Co元素易被辐照活化,Cu元素易形成辐照脆性沉淀物,恶化材料的力学性能,从而对核能系统的安全性构成极大的威胁。为此,本文提出开发新型无Co和Cu元素的高熵合金系统,设计并制备了AlxCrFeNi2.5Mo和Alx
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与传统合金相比,高熵合金具有高强度、高耐腐蚀性、优异的高温力学性能、良好的抗辐照性能等诸多优异特性,被认为是极具应用前景的核能系统结构材料。但目前众多的高熵合金系统中均含有Co或Cu元素,Co元素易被辐照活化,Cu元素易形成辐照脆性沉淀物,恶化材料的力学性能,从而对核能系统的安全性构成极大的威胁。为此,本文提出开发新型无Co和Cu元素的高熵合金系统,设计并制备了AlxCrFeNi2.5Mo和AlxCrFeNi2.5Mo1-x两种高熵合金系统,研究Al,Mo元素含量变化对AlxCrFeNi2.5Moy高熵合金系统的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响,以获得具有良好强塑性配合和耐腐蚀性能的材料,本文借助X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,力学试验机以及电化学工作站等仪器对合金的组织、力学性能和耐蚀性能进行表征,取得了如下主要结论:(1)Al元素含量变化对AlxCrFeNi2.5Mo系高熵合金的相组成、微观结构、力学性能和耐腐蚀性能有显著影响。随着Al元素含量的增加,合金的相结构从FCC+σ相逐渐转变为BCC+FCC+σ相,微观组织由亚共晶组织转变为枝晶+枝晶间组织+共晶组织。室温压缩时,Al0和Al0.2合金表现出较好强塑性配合,而在室温拉伸时,Al0和Al0.2合金均具有较高的抗拉强度,分别为1160MPa和1015MPa,并且Al0和Al0.2合金在600℃下的抗拉强度也能保持至室温拉伸强度的60%以上。此外,随着Al元素含量的增加,合金的击穿电位降低,维顿电流密度增加,局部耐蚀性能降低。(2)在AlxCrFeNi2.5Mo1-x合金系中,Al和Mo元素同时协调改变对合金的相结构、力学性能和耐腐蚀性能均产生较大的影响。随着Al元素含量的增加,Mo元素含量的降低,合金的相结构由FCC+σ相转变为FCC+BCC相,微观组织由亚共晶组织逐渐转变为过共晶组织。其中,Al1.0Mo0合金在室温下的抗拉强度和伸长率分别为1090MPa和16.8%,具有较好的综合力学性能。在300℃时合金的拉伸性能与室温时相近,而在600℃下拉伸时,含Mo元素的成分仍能保持较高的强度,不含Mo元素的Al1.0Mo0合金抗拉强度则显著降低。随Al/Mo摩尔比的增加,在3.5wt.%NaCl溶液中,合金耐均匀腐蚀的能力呈现先增强后减弱的变化趋势,Al元素的加入促进BCC相形成,不利于合金耐局部腐蚀能力,Mo元素的加入会则促进σ相生成,从而引起Cr元素偏析,降低合金局部耐腐蚀能力。
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