(AlFeCoNiCxTiy)100-zBiz高熵合金组织结构及性能研究

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AlFeCoNi合金的相结构由单一的BCC相组成,因此其具有硬度高,强度高等优点,但该合金的自润滑性能较差。因此,本文以AlFeCoNi合金为基体,添加C、Ti元素,通过原位反应生成润滑相石墨和硬质颗粒相TiC,以此提高合金的减摩抗磨性,并添加微量元素Bi调节合金中的石墨含量及形态,进一步提高合金的摩擦磨损性能。本文采用真空电弧熔炼的方式制备出(AlFeCoNiCxTiy)100-zBiz系高熵合金,通过分析合金的微观组织、硬度、摩擦磨损性能及抗氧化性能,研究C、Ti、Bi元素对合金耐磨性的影响,并解释合金的磨损机理。研究结果表明:1)AlFeCoNiCxTiy,系合金的相结构由BCC相、FCC相、石墨及TiC组成。随着C、Ti含量的增加,该合金系的磨损机理由以氧化磨损为主转变为以氧化磨损和塑性变形为主,合金在C0.5Ti0.1处取得最大硬度与最小磨损率,分别为48.8HRC和6.0×10-5mm3·N-1·m-1,其硬度与AlFeCoNi合金相比提高了 36.3%,磨损率下降了 25%。2)(AlFeCoNiC0.5)100-zBiz系合金的相结构由BCC相、FCC1相、FCC2相及石墨组成。随着Bi含量增加,石墨含量先增加后减少,形态也发生了改变,当z=1.27时,合金中石墨形态为蠕虫状与碎块状混合,石墨含量与Bi0合金相比降低了 9.8%;此时合金具有最大硬度与最小磨损率,分别为43.8HRC和3.3×10-5mm3·N-1·m-1;与Bi0合金相比,其硬度提高了 24.4%,磨损率下降了 83.5%。该系合金的磨损机理由氧化磨损和剥层磨损转变为氧化磨损和塑性变形。3)(AlFeCoNiC0.5Ti0.1)98.73Bi1.27合金的相结构由BCC相、FCC相、石墨及TiC组成。随温度上升,合金的磨损机理由以剥落磨损为主转变为氧化磨损,合金在800℃时取得最低摩擦系数与磨损率,分别为0.35和7.1 × 10-6mm3·N-1·m-1。4)(AlFeCoNiC0.5Ti0.1)98.73Bi1.27合金在不同温度下发生氧化时生成的氧化物分别是平面状Al2O3、多边形块状CoFe2O4和蜂窝状CoO,且随温度及时间的上升,CoFe2O4和CoO的氧化速率高于Al2O3,同时该合金的抗氧化性能极好。
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