AlCrFeX系高熵合金的制备及组织性能研究

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高熵合金作为一种新型合金,突破传统合金的设计理念,通常以四种或以上的合金元素为共同主元,以等摩尔比或近似摩尔比为设计原则,通过球磨、电弧熔炼等工艺制备。高熵合金具有高强度、高硬度、耐蚀性好、抗辐照等优点,在核能等领域具有广阔的应用前景。本论文采用电弧熔炼工艺制备了等摩尔比的AlCrFeMo、AlCrFeZr、AlCrFeNb、AlCrFeSi、AlCrFeMoSi、AlCrFeMoZr 六种高熵合金。分别利用 OM、XRD、SEM、EDS等方法对合金的相结构以及组织形貌进行了分析,测量了合金的显微硬度,研究了合金的高温抗氧化性能。得出以下结论:(1)通过热力学模拟和XRD分析,可知AlCrFeMo合金为单一 BCC相的固溶体;AlCrFeZr包含富Zr的HCP相和BCC相;AlCrFeNb包含BCC相和Laves相;AlCrFeSi 含有 BCC 相和 Cr5Si3 相;AlCrFeMoSi 含有 BCC 相和 Mo5Si3 相;AlCrFeMoZr 含有 BCC 相和 Cr2Zr 相;(2)六种合金均具有较高的硬度值:AlCrFeMo合金的硬度为679 HV,AlCrFeZr合金的硬度为804 HV,AlCrFeNb合金的硬度值为771 HV,AlCrFeSi合金的硬度为986 HV,AlCrFeMoSi合金的硬度为784 HV,AlCrFeMoZr合金的硬度为925 HV。(3)合金高温氧化实验显示:AlCrFeMo合金表面形成MoO3、Fe2O3、Fe3O4和Al2O3;AlCrFeNb合金高温氧化后表面氧化层成分为(Al0.9Cr0.1)2O3、Fe(Cr,Al)2O4 和 NbCrO4;AlCrFeSi 合金形成了 A12O3 和 SiO2 氧化层;AlCrFeMoSi合金氧化层成分为A12O3;AlCrFeMoZr合金氧化层成分为MoO3、Fe2O3和AlxZr1-xOy(x=0~1,y=1.74~2)。AlCrFeMoZr合金的外层氧化层厚度可达到6.2μm,中间氧化层厚度约6 μm,内层氧化层厚度约4 μm;AlCrFeMo合金外层氧化层厚度平均尺寸达到10μm,内层氧化层厚度2.5 μm;AlCrFeSi合金、AlCrFeMoSi合金的氧化层厚度分别为5.4 μm和3.6 μm,AlCrFeNb合金的外层氧化层约为2μm,内层氧化层约5μm。氧化层越厚,说明合金抗氧化能力越差,对比分析可知,AlCrFeMoSi合金抗氧化能力最强,AlCrFeSi合金仅弱于AlCrFeMoSi合金,两者均生成了抗氧化能力强的A12O3,AlCrFeNb合金的抗氧化能力稍差,内外层氧化层总和约7 μm,AlCrFeMo合金和AlCrFeMoZr合金的抗氧化能力最差。
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