原位生成C和TiC对AlFeCoNiC_xTi_y耐磨性的影响

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摩擦磨损是结构部件损伤的主要原因之一,由磨损失效所造成的经济损失也非常大,开发高性能耐磨材料是解决摩擦损伤问题的根本途径。高熵合金主元元素多,具有优异的性能。本文主要研究在AlFeCoNiCx和AlFeCoNiCxTiy高熵合金中原位生成石墨和TiC相,利用XRD、SEM、EDS、EBSD等方法表征分析了石墨相与TiC相的分布。采用高温球-盘式摩擦磨损试验机测试分析了AlFeCoNiCx和AlFeCoNiCxTiy高熵合金的摩擦磨损性能。研究了C与Ti元素调控AlFeCoNiCx和AlFeCoNiCxTiy高熵合金晶体结构的变化规律,揭示了石墨相和TiC相原位形成过程及分布形态对摩擦磨损性能及其磨损机理的影响。研究结果表明:1)AlFeCoNi高熵合金为BCC晶体结构,在合金中加入碳元素后,AlFeCoNiCx合金的晶体结构转变为BCC+FCC的双相结构。随着C含量的增加,合金枝晶间逐渐析出蠕状石墨。AlFeCoNiCxTiy高熵合金为BCC+FCC双相结构,随着C元素和Ti元素相对含量的变化,组织中石墨相的形态和分布和TiC增强相的数量均发生改变,当x=0.4、y=0.3时,石墨相消失,TiC呈块状弥散分布于晶内。2)随C含量增加,AlFeCoNiCx高熵合金的硬度增大,磨损率降低,摩擦系数减小。当C含量为0.24时,耐磨性最好,AlFeCoNiC0.24与传统耐磨钢SUJ2相比较,AlFeCoNiC0.24高熵合金硬度(560HV)比SUJ2钢硬度(790HV)低,但其磨损率仅为SUJ2耐磨钢的83%,表明AlFeCoNiC0.24高熵合金耐磨性能优于传统耐磨钢SUJ2。3)随C含量和Ti含量增加,AlFeCoNiCxTiy高熵合金的耐磨性发生显著变化。当x≤0.24、y≤0.05时,随着C含量和Ti含量增加,耐磨性增强,磨损以氧化磨损和磨粒磨损为主;当0.24≤x≤0.4、y≤0.05时,随着C含量增加,耐磨性减弱,磨损以塑性变形和剥落为主;当x=0.4,0.05≤y≤0.3时,随着Ti含量增加,耐磨性增强,磨损以氧化磨损为主,比较发现,AlFeCoNiC0.4Ti0.3高熵合金耐磨性最优。
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