热压烧结制备Ti、C掺杂CoCrFeNi高熵合金及其组织性能的研究

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单相高熵合金具有物相构成简单,组织均匀,加工性能好,热力学稳定性优异等优点,特别是一些具有面心立方结构(FCC)的单相高熵合金(如CoCrFeNi,CoCrFeNiMn等)还具有优异的塑性,因此在工程领域显示出巨大的应用潜力。但是此类单相高熵合金的硬度和强度较低,虽然冷轧可提高该类合金的硬度和强度,但是经再结晶退火处理后,其硬度和强度会显著下降。因此如何有效提高FCC结构单相高熵合金的硬度和强度是亟需解决的问题。本文采用机械合金化-热压烧结法制备了原位生成碳化物增强CoCrFeNi复合材料,采用X射线衍射分析仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电镜(TEM)、维氏硬度计、万能电子试验机、电化学工作站、振动样品磁强计(VSM)等对复合材料进行表征或测试,系统研究了制备工艺(球磨和烧结工艺)及Ti、C含量对复合材料微观组织、力学性能、耐腐蚀性能和磁学性能的影响,主要研究结果如下:1、Co、Cr、Fe、Ni粉体在球磨时经历了变形-冷焊-破碎-冷焊-破碎的变化过程。且粉体经350rpm转速、20:1球料比球磨10h后形成了颗粒细小(25μm)、成分均匀的FCC结构CoCrFeNi单相固溶体。2、经50MPa+1200℃/1h热压烧结后,TiC-CoCrFeNi烧结体密度(6.9-7.1g/cm3)达到理论密度的(7.18g/cm3)的96%以上,表明球磨后的粉体基本实现了烧结致密化。3、热压烧结后,复合材料烧结体中生成了Ti C和Cr7C3结构的碳化物,并弥散分布于FCC结构的CoCrFeNi固溶体中。球磨时间未改变烧结体的物相组成,但是对TiC相和Cr7C3相的数量和尺寸有显著影响。随着球磨时间的延长,烧结体中碳化物增加并发生不同程度的粗化。球磨10h时,烧结体基体中均匀弥散分布着大量细小的TiC相(300500nm),硬度和屈服强度均达到最大值,分别为671HV和1440MPa。4、不同球磨时间后的烧结体在3.5wt%NaCl溶液中的动电位极化腐蚀曲线结果显示复合材料的腐蚀电位在-0.3775-0.23239V之间,腐蚀电流密度在1.7308E-75.1431E-6A/cm2之间,与316不锈钢(-0.19245V、3.2628E-7A/cm2)相当。浸泡实验结果表明,随着球磨时间的延长,复合材料在10wt%HNO3溶液中的耐腐蚀性能下降。5、TixCxCoCrFeNi复合材料的硬度随Ti、C含量的增加而逐渐提高,强度先提高后下降。当x=0.22或0.34时,复合材料具备优异的综合力学性能,烧结体的硬度、屈服强度、压缩伸长率分别为500HV、645MPa、47.89%和594HV、950MPa、21.03%。此外,烧结体在10wt%HNO3溶液中的浸泡实验结果表明,随着Ti、C含量的增加,复合材料的耐腐蚀性能呈下降趋势。
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