CrNbNiTiV高熵合金组织与性能研究

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高熵合金是一种由五种或五种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比混合,可使用各种方法制备的新型合金。由于四大效应的存在,该合金可具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀、良好抗高温氧化性能和热稳定性等性能,具有广阔的应用前景和研究意义。本文使用真空电弧熔炼方法制备了CrNbNiTiV高熵合金,并对合金进行相应退火处理,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、电化学工作站和高温碳棒电阻炉等对铸态合金的相结构、显微组织、成分、硬度、耐蚀性能及抗高温氧化性能进行了分析,并研究与分析了退火温度对合金组织、硬度和耐蚀性能的影响。研究发现,铸态和退火态CrNbNiTiV高熵合金的相组成均为FCC+β-Ti+Ni Ti+Ni Ti2,组织为枝晶态。退火后一次析出的β-Ti粗化并且逐渐生长为雪花状,二次析出的β-Ti发生球化。退火温度≤800℃有助于化合物Ni Ti和Ni Ti2的均匀分布,≥900℃大量析出Ni Ti2相,分布不均匀性增加。合金退火后FCC相细化,700℃退火后晶粒最细。铸态CrNbNiTiV高熵合金平均显微硬度为797HV,600℃退火后硬度为831HV,700℃退火后硬度最高,达到了878HV,800℃退火后硬度值为825HV,900℃后硬度值为813HV。退火处理提高了合金的显微硬度,硬度受晶粒大小和Ni Ti2的分布均匀性影响,晶粒越细、Ni Ti2相分布更均匀,合金硬度越高。合金总体表现出良好的热稳定性和抗软化能力。根据动电位极化测试结果,铸态CrNbNiTiV高熵合金在3.5wt.%Na Cl和5wt.%HNO3溶液中的腐蚀电流密度Icorr分别为5.61×10-6A/cm2和6.01×10-7A/cm2,点蚀电位Ep分别为0.550V和1.278V。铸态CrNbNiTiV高熵合金在两种溶液中均出现点蚀现象,蚀坑出现在FCC相中,该相被优先腐蚀。在3.5wt.%Na Cl溶液中,退火后合金的耐腐蚀性能得到提高,这是由于退火态合金组织更均匀,组织缺陷少,减少了Cl-通过缺陷扩散入侵材料的途径,其中900℃退火后合金耐蚀性能最佳;在5wt.%HNO3溶液中,退火处理降低了CrNbNiTiV高熵合金的耐蚀性能,原因是细化晶粒后蚀孔数量增多,Ni Ti和Ni Ti2相分布更均匀,电偶腐蚀加重,其中900℃退火后具有与铸态下最为接近的耐蚀性。铸态CrNbNiTiV高熵合金在600℃下氧化50h后形成的氧化层外层是疏松粗大的Ni V2O6,内层由细小致密的Cr Nb O4和Ti O2混合氧化物组成,表现出良好的抗高温氧化性。合金在700℃和800℃的氧化过程中,由于形成低熔点易挥发的V2O5,导致形成较厚且多孔的氧化层,此温度下抗高温氧化性能较差。
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