【摘 要】
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2004年,我国台湾学者叶均蔚教授率先提出“高熵合金”的概念,该合金具有传统合金所不具有的优异性能,如:高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性能等,因而引起国内外研究学者的高度关注。在已经报道的众多高熵合金中,AlCoCrFeNi系高熵合金被广泛研究。TiC具有高熔点、超高硬度以及优异的化学和热稳定性,可以作为一种强化相提高合金性能。然而,已有研究对原位陶瓷颗粒增强高熵合金的报道较少,因而研究TiC颗粒增
【基金项目】
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陕西省自然科学基础研究计划项目（面上）（编号:2020JM-557）；
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2004年,我国台湾学者叶均蔚教授率先提出“高熵合金”的概念,该合金具有传统合金所不具有的优异性能,如:高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性能等,因而引起国内外研究学者的高度关注。在已经报道的众多高熵合金中,AlCoCrFeNi系高熵合金被广泛研究。TiC具有高熔点、超高硬度以及优异的化学和热稳定性,可以作为一种强化相提高合金性能。然而,已有研究对原位陶瓷颗粒增强高熵合金的报道较少,因而研究TiC颗粒增强AlCoCrFeNi高熵合金的组织演化与性能就显得十分重要。本文选择AlCoCrFeNi高熵合金作为基体,纯Ti为钛源,Fe5C中间合金为碳源,采用原位合成法成功制备（AlCoCrFeNi）100-x（TiC）x（x=0,2,4,6,8）高熵合金。采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段研究了合金的微观组织、力学性能、耐蚀性和高温抗氧化性能。本文取得的主要研究结论如下:（1）添加Ti和C元素显著改变了（AlCoCrFeNi）100-x（TiC）x高熵合金的相结构和微观组织。TiC的加入显著细化合金组织,同时作为有效形核质点促进σ相的析出。未添加TiC时,合金呈现等轴晶特征,相结构由BCC+B2相组成;添加TiC后,合金为树枝晶组织,相结构为BCC+B2+TiC+σ相。（2）（AlCoCrFeNi）100-x（TiC）x高熵合金的力学性能与Ti和C元素含量密切相关。合金的强度随x的增大而增加,但塑性则有所降低。合金的屈服强度由TiC0合金的1282 MPa增加至TiC8合金的1886 MPa,而压缩应变则由23.34%减小到13.60%。添加Ti和C元素降低了合金密度,提高了其比屈服强度,其比屈服强度由180.60 MPa·cm~3·g–1提高至296.26 MPa·cm~3·g–1。TiC8合金的力学性能最优,其比屈服强度达到最大值。（3）动电位极化曲线测试表明,随着Ti和C含量的增加,（AlCoCrFeNi）100-xTiCx高熵合金的耐腐性能得到改善,其自腐蚀电位由-266 m V升高至-222 m V,自腐蚀电流由0.1μA/cm~2降低至3.16×10-2μA/cm~2。（4）电化学交流阻抗谱（EIS）和X射线光电子能谱仪（XPS）测试表明,（AlCoCrFeNi）100-xTiCx高熵合金的钝化膜的稳定性和耐蚀性逐渐增加。TiC的形成导致合金钝化膜中的Al元素含量降低、Ti元素含量增加,提高了钝化膜的致密性,合金的耐蚀性得以提高。（5）研究了（AlCoCrFeNi）92TiC8高熵合金的高温抗氧化性能,揭示了其高温抗氧化机制。在800℃、900℃和1000℃时,（AlCoCrFeNi）92TiC8高熵合金的氧化动力学曲线的变化规律相一致。随着温度的增加,合金的抗氧化性能逐渐下降。合金的氧化速率常数Kp由800℃时的1.97×10-3mg~2·cm-4·h-1增加至1000℃时的1.51×10-2mg~2·cm-4·h-1。（6）XRD和SEM分析表明,（AlCoCrFeNi）92TiC8高熵合金经800℃、900℃和1000℃氧化后的氧化产物主要为TiO2和Al2O3,此外还存在少量TiOx氧化物。理论分析表明,反应生成Al2O3和TiO2所需的吉布斯自由能最低,从而有利于氧化过程中优先生成Al2O3和TiO2,这也与XRD和SEM的结果相符。
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