高熵合金颗粒增强钛合金复合材料摩擦磨损行为研究
AlCrNiFeTi高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能
第 1 期第 183-192 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.183-192第 52 卷2024 年 1 月AlCrNiFeTi 高熵合金涂层的电火花沉积制备与摩擦磨损性能Preparation and frictional wear property of AlCrNiFeTi high -entropy alloy coatings by electric spark deposition张建斌1，2*，南志远1，2，朱程1，2，郭鑫1，2（1 兰州理工大学 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，兰州 730050；2 兰州理工大学 材料科学与工程学院，兰州 730050）ZHANG Jianbin 1，2*，NAN Zhiyuan 1，2，ZHU Cheng 1，2，GUO Xin 1，2（1 State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou 730050，China ；2 School of Materials Science and Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou 730050，China ）摘要：采用真空电弧熔炼法制备直径为7 mm AlCrNiFeTi 高熵合金（high -entropy alloy ，HEA ）作为电极，使用电火花沉积技术在304不锈钢表面成功制备了AlCrNiFeTi 高熵合金涂层。
通过XRD 、OM 、EDS 、SEM 、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能进行研究。
结果表明，AlCrNiFeTi 电极与涂层均以BCC1和BCC2简单固溶体为主，电极微观组织结构呈典型的树枝晶。
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，高熵合金作为一种新型的金属材料，由于其具有高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性和优异的机械性能等特性，已逐渐成为材料科学研究的重要方向。
Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金作为其中的一种，因其优异的综合性能在航空、航天、汽车等领域有着广泛的应用前景。
然而，如何进一步提高其性能，尤其是强化其力学性能，一直是该领域研究的热点问题。
本研究主要探讨了Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为。
二、Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化纳米析出强化是一种有效的强化手段，通过在合金中引入纳米尺度的第二相粒子，以增强合金的力学性能。
对于Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金，其纳米析出相的形成与分布对合金的力学性能有着重要影响。
研究发现在适当的热处理条件下，Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金中可形成稳定的纳米级析出相。
这些析出相通常是富集某些元素的固溶体，其形成机制为非均匀形核和扩散控制的过程。
纳米析出相的形成不仅提高了合金的硬度、强度和耐磨性，而且对合金的塑性和韧性也有一定的改善作用。
三、Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的力学行为研究Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的力学行为主要表现在其强度、硬度、塑性和韧性等方面。
研究表明，通过合理的成分设计和热处理工艺，可以显著提高该合金的力学性能。
在拉伸过程中，该合金表现出较高的强度和良好的塑性。
同时，由于纳米析出相的存在，合金的硬度也得到了显著提高。
此外，该合金还具有优异的抗疲劳性能和抗冲击性能。
在高温环境下，该合金仍能保持良好的力学性能，具有优异的高温稳定性。
四、结论本研究通过实验和理论分析，深入探讨了Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为。
研究发现，通过适当的热处理工艺，可以在该合金中形成稳定的纳米级析出相，显著提高其硬度、强度和耐磨性。
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》范文
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，对材料性能的要求越来越高，高熵合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性在工程领域中获得了广泛应用。
其中，Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金因具有优良的抗高温氧化和耐腐蚀性能而备受关注。
本研究以Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金为研究对象，探讨其纳米析出强化机制及其对力学行为的影响。
二、材料与方法1. 材料制备采用真空电弧熔炼法制备Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金，并通过冷却速度和温度梯度控制获得不同的组织结构。
2. 实验方法采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪等实验手段对材料进行表征和物相分析，探究纳米析出相的种类、大小和分布；采用硬度测试、拉伸测试和压缩测试等手段研究材料的力学性能。
三、结果与讨论1. 纳米析出强化机制Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金在高温下发生固溶强化，随着温度的降低，合金中会析出纳米尺度的第二相颗粒。
这些纳米尺度的第二相颗粒能够有效地阻碍位错运动，提高合金的强度和硬度。
同时，这些纳米颗粒的析出还能够有效地改善合金的韧性，使合金在保持高强度的同时，也具备良好的延展性。
2. 力学行为研究通过硬度测试、拉伸测试和压缩测试等手段，我们发现Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金具有优异的力学性能。
随着纳米尺度的第二相颗粒的析出，合金的硬度、强度和韧性均得到显著提高。
此外，我们还发现，在拉伸过程中，合金的塑性变形行为与纳米尺度的第二相颗粒的分布密切相关。
当第二相颗粒分布均匀时，合金的塑性变形能力更强，表现出更好的延展性。
四、结论本研究通过实验手段对Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化机制及其对力学行为的影响进行了深入研究。
结果表明，纳米尺度的第二相颗粒的析出能够有效地提高合金的强度和硬度，同时改善其韧性。
此外，纳米尺度的第二相颗粒的分布对合金的塑性变形行为具有重要影响。
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》范文
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》篇一一、引言高熵合金作为一种新型的金属材料，以其独特的物理和化学性质在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性而备受关注。
本文将重点研究Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其对力学行为的影响。
二、材料与方法2.1 材料制备本研究所用材料为Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金，采用真空电弧熔炼法制备。
通过调整各元素的含量，制备出不同成分的合金试样。
2.2 纳米析出强化通过高温退火处理，使合金内部发生纳米析出强化。
利用透射电子显微镜（TEM）观察合金内部的析出相，分析其形貌、尺寸及分布情况。
2.3 力学行为测试采用拉伸试验、硬度测试和冲击试验等方法，研究纳米析出强化对Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金力学行为的影响。
三、结果与讨论3.1 纳米析出相的观察通过TEM观察，发现Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金在高温退火处理后，内部出现了大量的纳米级析出相。
这些析出相主要呈球形或棒状，分布均匀，尺寸较小。
3.2 纳米析出强化的影响纳米析出相的存在使得合金的力学性能得到了显著提高。
首先，纳米析出相能够有效地阻碍位错的运动，提高合金的强度和硬度。
其次，纳米析出相还能够提高合金的韧性，使其在受到外力作用时能够更好地抵抗变形和断裂。
此外，纳米析出相还能够提高合金的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下具有更好的稳定性。
3.3 力学行为分析拉伸试验结果表明，经过纳米析出强化的Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金具有较高的屈服强度和抗拉强度。
硬度测试结果显示，合金的硬度随着纳米析出相的增多而提高。
冲击试验表明，合金的韧性得到了显著提高，具有较好的抗冲击性能。
四、结论本研究通过观察Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其对力学行为的影响，得出以下结论：首先，高温退火处理能够使Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金内部发生纳米析出强化，形成大量的纳米级析出相。
《强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为研究》范文
《强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，钛锆合金因其独特的物理和化学性质，在航空、航天、医疗、化工等领域得到了广泛应用。
强变形加工技术是改善钛锆合金性能的重要手段之一，其能够显著提升合金的力学性能及耐磨性能。
因此，本文针对强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为进行深入研究，为实际生产提供理论依据。
二、钛锆合金的强变形加工技术强变形加工技术是一种通过改变金属材料的微观结构来提高其性能的工艺方法。
在钛锆合金的强变形加工过程中，材料的微观组织结构得到优化，从而使其具有更好的力学性能和耐磨性能。
强变形加工主要包括冷轧、热轧、挤压、等通道转角挤压等多种方式。
三、钛锆合金的力学性能研究1. 拉伸性能：通过拉伸试验，可以了解钛锆合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。
强变形加工后的钛锆合金具有较高的抗拉强度和屈服强度，同时延伸率也有所提高。
2. 硬度：硬度是衡量材料抵抗变形能力的重要指标。
强变形加工后的钛锆合金硬度得到显著提高，表现出较好的耐磨性能。
3. 疲劳性能：通过疲劳试验，可以了解材料在循环载荷作用下的性能表现。
强变形加工能够改善钛锆合金的疲劳性能，提高其抗疲劳寿命。
四、钛锆合金的摩擦行为研究摩擦行为是材料在受到外力作用时，表面发生的相对运动或运动趋势所引起的物理现象。
强变形加工后的钛锆合金在摩擦过程中表现出良好的耐磨性和较低的摩擦系数。
这主要归因于其优化的微观结构和较高的硬度。
此外，合金中添加的锆元素也能有效提高其摩擦性能。
五、结论通过对强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为进行研究，我们发现：强变形加工技术能够显著提高钛锆合金的抗拉强度、屈服强度、硬度及疲劳性能；在摩擦过程中，强变形加工后的钛锆合金表现出良好的耐磨性和较低的摩擦系数。
这些研究成果为实际生产中优化钛锆合金的性能提供了理论依据，有望推动钛锆合金在航空、航天、医疗、化工等领域的应用发展。
高熵合金增强金属基复合材料的研究进展
织, 如图 1 所示, 合金中枝晶和枝晶间有明显的区别, 分
别以富含 Al-Ni 的基体和富含 Cr-Fe 的沉淀物的形式存在。
Peng 等[32] 在使用激光熔化沉积技术制备的 Al0. 3 CoCrFeNi
高熵合金中, 也发现了具有 L12 有序结构的纳米沉淀存
在。 近年来, 随着社会的快速发展和高熵合金材料在各
AlCoCrFeNi 的屈服强度可达 1500 MPa( 见表 1) [30] 。 低 Al
随着 Al 含量的增加, 会导致 BCC 相与 FCC 相一起析出,
。 相较于陶瓷颗粒, 高熵合金颗粒与金属基体的
BCC 相的体积分数随着 Al 元素含量的增加而增加, 而对
熵合金颗粒增强金属基复合材料界面润湿性和相容性优
的耐磨性和电磁性能, 具有重要的实用研究价值。 高熵合金颗粒与复合材料金属基体之间具有金属间天然的界面结合特性且
热膨胀系数相差较小, 能够克服传统复合材料生产中出现的界面结合稳定性差、 塑韧性不足等缺点, 为制备高性能金属基复
合材料提供了思路。 围绕高熵合金颗粒增强金属基复合材料的研究进展, 总结了典型高熵合金体系的组织性能以及高熵合金
(1. School of Materials Science and Engineering, Changan University, Xian 710064, China)
(2. Key Laboratory of Advanced Materials of Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
含量的 Al x CoCrFeNi 系高熵合金倾向于 形 成 FCC 结 构,
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》范文
《Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化及其力学行为研究》篇一摘要本文致力于探讨Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化机制及其对力学行为的影响。
通过对合金的成分设计、制备工艺、微观结构以及力学性能的系统研究，揭示了纳米析出相的形成、演化规律及其对合金强度和韧性的增强作用。
本研究为高熵合金的进一步应用和发展提供了理论依据和实验支持。
一、引言高熵合金因其多元组分、多主元效应等特点，在材料科学领域中展现出独特的性能和广泛的应用前景。
Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金作为一种典型代表，其纳米尺度的结构特性对其力学性能有着显著影响。
本文重点研究该合金的纳米析出强化现象及其对力学行为的影响机制。
二、材料与方法1. 材料制备采用真空电弧熔炼法制备Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金，通过调整各组分的比例，获得不同成分的合金样品。
2. 实验方法利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对合金的微观结构进行表征；通过拉伸试验、硬度测试等手段评估其力学性能。
三、结果与讨论1. 微观结构分析通过XRD和TEM观察发现，Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金中存在大量的纳米析出相，这些析出相主要分布在晶界和晶内。
随着合金成分的变化，析出相的种类、大小和分布也会发生变化。
2. 纳米析出强化机制纳米析出相的形成能够有效阻碍位错运动，提高合金的强度和硬度。
此外，纳米析出相还能够通过钉扎晶界，细化晶粒，进一步增强合金的力学性能。
这些强化机制在合金的力学行为中起到重要作用。
3. 力学行为研究通过拉伸试验发现，Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金具有较高的屈服强度和抗拉强度。
随着纳米析出相的增多和细化，合金的强度和硬度得到显著提高。
此外，合金还表现出较好的韧性，这得益于纳米析出相对裂纹扩展的阻碍作用。
四、结论本文研究了Ni-Cr-Fe-Al-Ti系高熵合金的纳米析出强化机制及其对力学行为的影响。
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展
第3期2020年6月No.3 June，2020钛合金自20世纪50年代实现工业生产之后，由于其具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域[1]，成为一种不可或缺的材料。
一直以来，由于钛合金的低摩擦学属性，在实际工业应用中，钛合金的表面很容易发生摩擦磨损[2]，钛合金的摩擦磨损性能较差可认为有以下几个原因：（1）加工硬化率及塑性剪切抗力低。
（2）摩擦过程闪温致使氧化膜脆弱易脱落。
（3）表面硬度较差。
钛合金应用越广泛，所产生的磨损问题越多、越复杂[3]。
因此，理解并掌握钛合金在不同使用环境中的摩擦磨损机理是改善钛合金摩擦磨损性能的重要研究步骤，但是在当前关于钛合金摩擦磨损机理的有限研究中，许多解释还存在不统一的状况。
因此，本研究对当前的研究状况进行了综述，并根据影响因素总结了一些常用的表面处理技术。
1 钛合金的摩擦磨损钛合金因其优异的性能而在诸多领域得到了广泛的应用，然而，每种材料都有其优缺点。
钛合金因表面硬度较低、摩擦磨损性能较差，在很多情况下并不能满足实际生产要求。
针对钛合金摩擦磨损性能不足这一缺点，研究者做了大量研究，主要是为掌握钛合金摩擦磨损的机理，从而为改善钛合金的低摩擦学性能提供理论依据，钛合金的摩擦磨损形式主要有：冲蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及微动磨损等[4]，在通常情况下，这几种形式的磨损是同时发生的，工况条件不同，磨损形式的主次也不同。
2 钛合金摩擦磨损的影响因素2.1 外部条件的影响因钛合金的塑性剪切抗力及加工硬化率较低，实际服役过程中，影响钛合金摩擦磨损性能的因素主要有载荷、位移幅值、温度、环境介质、对磨材料等。
2.1.1 载荷在实际工况使用中，钛合金所能承载的质量大小与所产生的磨损程度是重要的使用指标。
因此，弄清楚载荷与钛合金磨损率的关系，显得尤为必要。
胡林泉等[5]对TC4钛合金进行了在不同载荷（130 g ，230 g ，330 g ）下的干摩擦试验。
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》范文
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，材料科学领域对于高性能复合材料的需求日益增长。
其中，高熵合金颗粒增强铝基复合材料因其独特的物理和机械性能，在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文以AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料为研究对象，对其制备工艺及界面行为进行深入研究。
二、材料制备（一）材料选择与制备方法本研究所选用的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒作为增强体，具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性。
Al基体则选用纯度较高的铝材。
制备方法采用粉末冶金法，包括混合、压制、烧结等步骤。
（二）制备流程具体制备流程如下：1. 按照一定比例将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒与铝基体粉末混合均匀；2. 将混合后的粉末进行压制，形成所需的形状和尺寸；3. 将压制后的样品进行烧结，使金属颗粒之间形成良好的冶金结合。
三、界面行为研究（一）界面结构分析通过对制备的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料进行显微结构观察，可以发现颗粒与基体之间形成了良好的界面结构。
高熵合金颗粒与铝基体之间的界面清晰，无明显缺陷，说明两者之间的结合力较强。
（二）界面反应研究在界面处，由于原子扩散和化学反应的作用，可能发生界面反应。
通过分析界面处的相组成和化学成分，可以发现存在微量的金属间化合物。
这些金属间化合物的形成有助于提高界面处的结合力，进一步提高复合材料的性能。
（三）界面力学行为研究通过对复合材料进行拉伸、压缩等力学性能测试，可以观察到高熵合金颗粒对基体的强化作用。
在加载过程中，高熵合金颗粒能够有效地阻碍位错运动，提高材料的力学性能。
此外，通过对断口形貌的观察，可以了解界面的断裂行为和失效模式。
四、结果与讨论（一）制备工艺对复合材料性能的影响制备工艺对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料的性能具有重要影响。
AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层组织与性能研究及摩擦行为模拟
AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层组织与性能研究及摩擦行为模拟AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层组织与性能研究及摩擦行为模拟摘要：高熵合金作为一类具有独特性能的新型材料，近年来引起了广泛的关注。
本文以一种AlCoCrCuFeNi_x高熵合金为研究对象，通过制备涂层并进行组织与性能研究以及摩擦行为模拟，探讨了其应用前景和研究进展。
1. 引言高熵合金是一种由五个或更多成分组成的均匀混合合金，其组织结构特点是原子固溶度很高，元素成分相对均匀。
由于高熵合金的化学组成和组织结构的多样性，使其具有了良好的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能，因此在航空、能源和化工等领域有很大的应用潜力。
2. AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层制备采用磁控溅射法制备了AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层，该方法可以获得致密、均匀的涂层。
通过调整制备工艺参数，可控制涂层成分和组织结构，实现对涂层性能的调控。
3. AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层组织与性能研究通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等测试方法对涂层的组织结构进行了表征。
研究发现，AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层中存在着以BCC、FCC和HEA相为主的多相结构，呈现出优异的微观结构特征。
此外，采用万能试验机对涂层进行了力学性能测试，结果显示，涂层具有高硬度、优异的耐磨性和高温稳定性。
4. 摩擦行为模拟通过摩擦行为模拟，研究了AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层的摩擦行为。
采用球盘摩擦试验机进行实验，对不同涂层的摩擦系数和摩擦磨损进行了测定。
结果表明，AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层具有较低的摩擦系数和良好的抗磨损性能，可用于提高金属材料的耐磨性。
5. 应用前景和研究进展AlCoCrCuFeNi_x高熵合金涂层具有优异的性能，在航空、能源和化工等领域都有广泛的应用前景。
目前，研究者正在继续探索高熵合金涂层的制备工艺和性能调控方法，以进一步提高其应用价值。
TA1_钛合金的表面复合强化与磨损行为研究
第52卷第10期表面技术2023年10月SURFACE TECHNOLOGY·171·TA1钛合金的表面复合强化与磨损行为研究刘港，刘静，代燕，杨峰，陈丽*（贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵阳 550025）摘要：目的针对钛合金硬度低、耐磨性差的问题，利用机械球磨技术在TA1钛合金表面获得复合强化层，研究强化层的组织结构对合金磨损行为的影响。
方法采用行星式机械球磨装置，以WC粉末为增强介质，在0.05 MPa氮气气氛、转速为350 r/min、时间为8 h的条件下，对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理，利用光学3D轮廓仪、XRD、SEM-EDS、往复式磨损机等对复合强化层的组织结构和耐磨性能进行测试。
结果当表层机械复合强化后，TA1钛合金表面的复合强化层由WC涂层+形变细晶区组成，硬化区厚度为20~40 μm，形变细晶区厚度约为30 μm。
涂层区硬度达到1 100HV0.25，为基材硬度的5倍。
在5 N载荷下，摩擦因数为0.2~0.3，并可保持近4 000 s，在10 N载荷下，摩擦因数接近0.2并可保持1 200 s。
可将磨损过程分为低摩擦因数区、过渡区和高摩擦因数区3个阶段，且每阶段的磨痕深度、磨损量与摩擦因数具有正相关性。
结论表层机械复合强化可大幅提升TA1钛合金表层的硬度和耐磨性，WC颗粒增强涂层具有较强的减摩效果，其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。
这种一步法表面强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活的优势。
关键词：TA1钛合金；机械形变；WC颗粒增强；复合强化层；摩擦磨损中图分类号：TG17文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)10-0171-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.10.013Surface Composite Strengthening and Wear Behavior ofTA1 Titanium AlloyLIU Gang, LIU Jing, DAI Yan, YANG Feng, CHEN Li*(School of Materials and Architectural Engineering, Guizhou Normal University, Guiyang 550025, China)ABSTRACT: Surface mechanical composite strengthening is a one-step surface modification technology with simple process, low energy consumption and flexible coating material selection. It can improve the surface properties of TA1 titanium alloy, such as hardness and wear resistance. Through high-speed movement of the grinding ball on the surface of the TA1 specimen, the impact and friction was repeated, which caused plastic deformation and gradual work hardening of the surface layer of the TA1 titanium alloy substrate. With the action of grinding ball, the surface grain size of dislocation was further mechanically induced by product and even tangles, which gradually lead to the formation of sub-grain boundaries and even amorphization,收稿日期：2022-09-30；修订日期：2023-04-12Received：2022-09-30；Revised：2023-04-12基金项目：黔科合基础（ZK[2023]-250）；贵州省教育厅滚动支持省属高校科研平台项目黔教技（[2022]012）；贵州省研究生科研基金立项课题项目黔教合（YJSKYJJ[2021]100）Fund：Fundamentals of Guizhou Science and Technology Cooperation(ZK[2023]-250); The Education Department of Guizhou Province Supports the Scientific Research Platform Project of Provincial Universities ([2022]012); The Graduate Research Fund of Guizhou Province (YJSKYJJ [2021]100)引文格式：刘港, 刘静, 代燕, 等. TA1钛合金的表面复合强化与磨损行为研究[J]. 表面技术, 2023, 52(10): 171-180.LIU Gang, LIU Jing, DAI Yan, et al. Surface Composite Strengthening and Wear Behavior of TA1 Titanium Alloy[J]. Surface Technology, 2023, 52(10): 171-180.*通信作者（Corresponding author）·172·表面技术 2023年10月and thus lead to elaboration and strengthening, and the formation of a reinforcement layer of certain thickness. In addition, a small amount of added WC powder made the powder be repeatedly extruded and deformed at high speed impact of the grinding ball, and produced cold welding and mechanical coating on the surface of TA1 titanium alloy, thus forming the coating and further strengthening the effect. The material used in this experiment was TA1 titanium alloy, and the sample was Φ15 mm×8 mm columnar material. A planetary mechanical ball milling device, zirconia ball milling tank and stainless steel ball were used to strengthen the TA1 titanium alloy surface by mechanical deformation and solid-phase coating at 0.05 MPa nitrogen atmosphere and 350 r/min speed for 8 h with WC powder as the reinforcing medium. Testing methods, such as Vickers hardness tester, optical 3D profilometer, XRD, SEM-EDS, and reciprocating wear machine were used to test and characterize the structure and wear resistance of the composite reinforced layer. The surface roughness of TA1 increased obviously. After mechanical strengthening, the composite strengthening layer of TA1 titanium alloy was composed of WC coating+deformed fine grain region. The thickness of the hardened layer was about 20-40 μm, and the structure was compact and uniform. The thickness of the deformation fine grain zone was about 30 μm, which was composed of relatively small equiaxed grain. The nano structure layer also had some twins and dislocations. The hardness of the coating zone reached 1 000HV0.25, and the outer layer of the reinforced layer was mainly formed by the adhesion of uniform hard WC particles, which significantly improved the hardness of TA1 titanium alloy. XRD analysis showed that the maximum distribution depth of WC coating in the strengthened layer exceeded 40 μm. The main surface component of the composite reinforced layer was WC. The WC particle-reinforced coating had a strong anti-friction effect. TA1 titanium alloy had a stable low friction coefficient in the wear process after strengthening, and the low friction coefficient was stable around 0.2, and the interval of low friction coefficient lasted for a long time. The presence of high hardness and thick WC particles reinforced coating strengthens the coating resistance to deformation during the wear process, and uneven WC coating in the process of wear contact area is lesser. At the same time, it gradually produces small grits, gives play to the role of the lubrication, keeps the friction coefficient in a low range, and improves the wear resistance. When the WC coating on the surface of TA1 sample is gradually worn away, and the soft TA1 matrix is exposed, its anti-plastic deformation ability is greatly weakened, and its wear mechanism is mainly abrasive wear and oxidation wear.KEY WORDS: TA1 titanium alloy; mechanical deformation; WC particle strengthening; composite strengthening coating;friction and wearTA1是α钛合金，组织稳定且伸长率大，具有良好的塑性、热稳定性、疲劳强度和冲压性能，是除TC4钛合金以外的一种应用较多的钛合金材料[1-2]。
《强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为研究》范文
《强变形加工钛锆合金的力学性能和摩擦行为研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，钛锆合金因其高强度、轻质、耐腐蚀等特性在航空航天、生物医疗和高端制造等领域中获得了广泛的应用。
通过对钛锆合金进行强变形加工，可有效提升其力学性能和耐磨性能，这对拓宽其应用范围、提高产品质量具有重大意义。
本文将针对强变形加工后的钛锆合金的力学性能和摩擦行为进行深入研究，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、强变形加工技术强变形加工是一种通过改变金属材料的组织结构来提高其力学性能的方法。
该方法主要采用塑性变形技术，如冷轧、热锻、挤压等手段，对金属材料进行大变形量处理，以实现其内部晶粒的细化。
针对钛锆合金的强变形加工，需结合其独特的物理性质和加工要求，选用适当的加工方法和参数。
三、力学性能研究（一）晶粒结构与力学性能的关系强变形加工后的钛锆合金，其晶粒结构得到了显著改善，细化的晶粒能够显著提高材料的力学性能。
经过对加工过程中的显微组织和晶体结构的深入分析，我们可以明确地认识到不同晶粒结构对钛锆合金的强度、韧性和抗疲劳性能的影响。
（二）力学性能测试与结果分析采用硬度测试、拉伸试验和疲劳试验等方法对强变形加工后的钛锆合金进行力学性能测试。
通过分析测试结果，我们可以了解到其力学性能在各个方向上的表现，以及在不同环境条件下的变化规律。
四、摩擦行为研究（一）摩擦磨损机制分析钛锆合金的摩擦行为与其表面形貌、晶粒结构等密切相关。
通过观察和分析强变形加工后的钛锆合金在摩擦过程中的表面磨损形貌和磨屑成分，可以揭示其摩擦磨损机制。
这有助于我们了解其在不同环境条件下的耐磨性能和抗磨损能力。
（二）摩擦系数与摩擦环境的关系摩擦系数是评价材料摩擦行为的重要参数。
通过对强变形加工后的钛锆合金在不同摩擦环境下的摩擦系数进行测量和分析，我们可以了解其摩擦系数在不同条件下的变化规律及其原因。
这将有助于我们为实际生产过程中的摩擦问题提供有效的解决方案。
《WTaTiVCr高熵合金层的制备与性能研究》范文
《WTaTiVCr高熵合金层的制备与性能研究》篇一摘要：本文针对WTaTiVCr高熵合金层的制备工艺进行了详细研究，并对其性能进行了系统分析。
通过优化制备工艺参数，成功制备了具有良好性能的WTaTiVCr高熵合金层。
研究结果表明，该合金层具有优异的硬度、耐磨性及耐腐蚀性能，为高熵合金在工程领域的应用提供了新的思路和方向。
一、引言高熵合金作为一种新型合金材料，因其独特的物理和化学性质在材料科学领域受到了广泛关注。
WTaTiVCr高熵合金以其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。
因此，研究WTaTiVCr高熵合金层的制备工艺及其性能，对于推动高熵合金的实际应用具有重要意义。
二、制备方法及工艺参数优化1. 制备方法WTaTiVCr高熵合金层的制备采用等离子喷涂技术。
该技术具有制备周期短、成本低、操作简便等优点，适用于大规模生产。
2. 工艺参数优化通过调整喷涂功率、喷涂距离、喷涂速度等工艺参数，优化WTaTiVCr高熵合金层的制备过程。
经过多次试验，确定了最佳工艺参数组合，成功制备出性能优良的WTaTiVCr高熵合金层。
三、性能分析1. 硬度测试WTaTiVCr高熵合金层具有较高的硬度，其硬度值远高于传统合金材料。
经过多次硬度测试，发现其硬度随喷涂层数的增加而提高，表现出良好的耐磨性能。
2. 耐磨性测试通过磨损试验机对WTaTiVCr高熵合金层进行耐磨性测试。
结果表明，该合金层具有优异的耐磨性能，其耐磨性远高于传统合金材料。
在高速、高温、重载等恶劣工况下，WTaTiVCr高熵合金层仍能保持良好的耐磨性能。
3. 耐腐蚀性测试通过对WTaTiVCr高熵合金层进行耐腐蚀性测试，发现其在酸、碱、盐等腐蚀介质中表现出良好的耐腐蚀性能。
该合金层的耐腐蚀性能优于传统合金材料，为其在恶劣环境中的应用提供了有力保障。
四、应用前景及展望WTaTiVCr高熵合金层的制备工艺及性能研究为高熵合金在实际工程领域的应用提供了新的思路和方向。
Al７．８Co２０．６Cr１２．２Fe１１．５Ni４０．７Ti７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究
第３４卷第１３期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．１３２０２３年７月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１５６８Ｇ１５７５A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究李光俊㊀段㊀宏㊀徐㊀磊㊀阚㊀琛㊀刘忠亮㊀高晓东中国核电工程有限公司,北京,１００８４０摘要:使用真空非自耗电弧熔炼技术制备了A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金,表征了该合金的显微结构和力学性能,考察了该合金在硝酸介质和高温环境中的摩擦磨损性能.结果表明:该高熵超合金的显微组织以树枝晶为主,其维氏硬度㊁屈服强度㊁抗压强度和断裂韧性分别为４２２ʃ８H V ０．２㊁９９１ʃ３２M P a ㊁２１２１ʃ１９７M P a 和４９．５ʃ０．１M P am ０．５.在硝酸介质中,该高熵超合金的抗腐蚀性能优于０C r １７N i ７A l 不锈钢,在硝酸介质中的摩擦因数和磨损率均低于干摩擦状态,主要是因为磨损表面氧化物的生成降低了摩擦因数并提高了抗磨损性能.在高温环境中,温度对其摩擦因数有显著的影响;随着温度的升高,摩擦因数和磨损率均呈下降趋势.不同温度下磨损表面的氧含量具有显著的差异,温度越高,其氧含量越高.关键词:高熵超合金;腐蚀磨损;高温磨损;力学性能;硝酸腐蚀中图分类号:T G １１５．５D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２３．１３．００６开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c ho nF r i c t i o na n d W e a rB e h a v i o r s o fA l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２H i g h Ｇe n t r o p y S u p e r a l l o yL IG u a n g j u n ㊀D U A N H o n g ㊀X U L e i ㊀K A N C h e n ㊀L I UZ h o n g l i a n g ㊀G A O X i a o d o n gC h i n aN u c l e a rP o w e rE n g i n e e r i n g C o ．,L t d ．,B e i j i n g,１００８４０A b s t r a c t :A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２hi g h e n t r o p y s u p e r a l l o y w a s p r e p a r e d b y v a c u u ma r cm e l t Ｇi n g i n a r g o n a t m o s p h e r e ．T h em i c r o s t r u c t u r e a n dm e c h a n i c s p r o p e r t i e s o f t h e a l l o y w e r e c h a r a c t e r i z e d ．T h e f r i c t i o na n dw e a r p r o p e r t i e s o f t h eh i g he n t r o p y s u p e r a l l o y i nn i t r i c a c i da n da t h i g h Ｇt e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t sw e r e e v a l u a t e d ．R e s u l t s s h o wt h a t t h em i c r o s t r u c t u r eo f t h eh i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y is m a i n l y c o m p o s e do f d e n d r i t e s ．T h eV i c k e r sh a r d n e s s ,y i e l ds t r e n g t h ,c o m p r e s s i v e s t r e n gt ha n d f r a c Ｇt u r e t o u g h n e s s o f t h eh i g he n t r o p y s u p e r a l l o y ar e a s ４２２ʃ８H V ０．２,９９１ʃ３２M P a ,２１２１ʃ１９７M P a a n d ４９．５ʃ０．１M P a m ０．５,r e s p e c t i v e l y ．T h eh i g he n t r o p y s u p e r a l l o y ha sb e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c e t h a n t h a t o f ０C r １７N i ７A l i n n i t r i c a c id ．T hef r i c t i o n c o e f f i c i e n t a n dw e a r r a t e o f t h e h igh Ｇe n t r o p y s u p e r Ｇa l l o yi nn i t r i c a c i d a r e l o w e r t h a n t h o s e i nd r y s l i d i n g ．T h em a i n r e a s o n i s t h a t t h e f o r m a t i o no f o x i d e f i l mo n t h ew o r n s u r f a c e r e d u c e s t h e f r i c t i o nc o e f f i c i e n t a n d i m p r o v e s t h ew e a r r e s i s t a n c e i n t h eh i gh t e m p e r a t u r e f r i c t i o n p r o c e s s e s ．I nh i g h Ｇt e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t s ,t h e t e m p e r a t u r eh a sas i gn i f i c a n t e f f e c t o nt h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n t ．T h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n d w e a rr a t ed e c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e a n d t h eo x y g e nc o n t e n t so f t h ew o r ns u r f a c e sa td i f f e r e n t t e m p e r a t u r e sh a v es i gn i f i c a n t d i f f e r e n c e ,a s t h e o x y g e n c o n t e n t s i n c r e a s ew i t h t h e t e m pe r a t u r e i n c r e a s e s ．K e y wo r d s :h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y ;c o r r o s i o nw e a r ;h i g h Ｇt e m p e r a t u r ew e a r ;m e c h a n i c s p r o p e r Ｇt y;n i t r i c a c i d c o r r o s i o n 收稿日期:２０２２０９２２０㊀引言高熵超合金(h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o ys )的显微结构与镍基高温合金(n i c k e ls u p e r a l l o y s )类似,其典型特征是在γ基体相中有γᶄ相析出.γᶄ相是一种沉淀强化相,它与基体相的共格关系和其本身的高强度赋予高温合金优异的性能[１Ｇ２],由于高熵效应,该高熵超合金在硬度㊁强度㊁耐腐蚀㊁耐辐照和耐磨损等方面具有比镍基高温合金更好的性能[２Ｇ７].A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２是高熵超合金的典型代表之一.T S A O 等[８]研究发现,该合金具有优异的高温组织稳定性和力学性能稳定性,在９００ħ下暴露３００h 后,γ/γᶄ显微组织非常稳定,体积分数高达５３％的γᶄ相使得合金具有优异的高温硬度和抗塑性变形能力.A D I L 等[１]的研究显示,该合金γ/γᶄ的错配度仅为０．０９７％,且在９００ħ下退火５５０h 后,γᶄ相的形态仅从球形变为方形,其显微结构仍然稳定.此外,由于该合金含有较高含量的抗氧化元素A l 和C r ,容易在合金表面形成以A l ２O ３和C r ２O ３为主８６５１ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.要成分的氧化物层,其抗氧化性能和耐腐蚀性能优于传统的镍基高温合金,且在成本方面具有一定的优势[８].硝酸腐蚀和高温是核化工设备关键运动零部件最常见的服役环境,且由于该领域设备处于γ射线辐照环境中,要求零部件具有极高的性能稳定性和使用寿命.A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的特性使其在核化工领域中具有良好的应用潜力.对该合金的研究目前主要集中于显微结构㊁力学性能和抗腐蚀性能,对其在硝酸介质和高温环境中的摩擦磨损性能和磨损机理鲜有报道[７Ｇ９].腐蚀和磨损是引起核化工设备关键运动零部件失效的最主要原因,评价A l７．８C o２０．６C r１２．２ＧF e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金在硝酸介质和高温环境中的摩擦学性能并探究其磨损机理对高熵超合金在核化工设备中的应用具有重要意义,因此,本文重点考察了该合金在硝酸介质和高温环境下的摩擦磨损行为,分析该合金在硝酸腐蚀和高温环境中的磨损机理,为该合金在核化工设备中的应用提供技术支撑.１㊀试验部分以纯度大于９９．９％(质量分数)的A l㊁C o㊁C r㊁F e㊁N i和T i金属颗粒为原材料,使用具有水冷铜坩埚的真空非自耗电弧熔炼炉制备高熵超合金.熔炼电流和电压分别为３００A和１０V.铸锭反复熔炼五次,以保证合金的均匀性.熔炼完成后随炉冷却至室温,获得合金锭.采用P A N a l y t i c a l型X射线衍射仪(X R D)㊁N o r d l y m a x３型电子背散射衍射仪(E B S D)㊁带有能谱的J S MＧ５６００L V型扫描电子显微镜(S E MＧE D S)和L a b R AMH R E v o l u t i o n型拉曼光谱仪(R a m a n)分析高熵超合金及其磨损表面的物相组成㊁显微结构和化学成分.其中X R D测试参数为:X射线源为C u的Kα射线,加速电压４０k V,工作电流６０m A,扫描角度范围为２０ʎ~１００ʎ,扫描速度１０ʎ/m i n.使用稀释的王水(H C lʒC３H８O３ʒH N O３＝３ʒ２ʒ１)刻蚀样品,并用I m a g eA２m型金相显微镜(OM)表征其金相组织.利用T H B R V PＧ１８７．５E型数显布洛维硬度计测试样品的维氏硬度.依据G B/T７３１４ ２０１７«金属材料室温压缩试验方法»的要求,将熔炼的高熵超合金样品加工成ϕ３mmˑ６mm的圆柱试样,使用C MT５２０５型万能试验机进行室温压缩力学性能测试,加载速率为０．１mm/m i n.按照G B/T４１６１ ２００７«金属材料平面应变断裂韧度K I C试验方法»,采用单边切口三点弯曲试样测定合金的室温断裂韧性,其中试样尺寸为２．５m mˑ５m mˑ２４m m,预制切口深度为２．５m m,宽度为０．２m m,其中加载速率为０．０５m m/m i n.使用C H I６６０D型电化学工作站测试合金的电极电位,其参数为起始电压－０．６V,终止电压０．４V,扫描速度０．００５V/s.使用H TＧ１０００型球盘式高温摩擦试验机分别测试高熵超合金在硝酸介质和高温条件下的摩擦磨损性能.所用高熵超合金的样品尺寸为ϕ２５mmˑ２mm,摩擦副对偶为S i３N４球(ϕ６mm).摩擦试验载荷为１０N,滑动线速度为０．３m/s,摩擦时间为３０m i n.在硝酸介质摩擦试验中,用滴管将浓度为６m o l/L的硝酸每隔５m i n向摩擦试样添加５滴,以补充由于挥发和离心作用甩出的硝酸溶液.高温摩擦试验的测试温度分别为２００ħ㊁４００ħ㊁６００ħ和８００ħ.使用M i c r o X AMＧ８００型非接触式三维轮廓仪测量试样的磨损体积.２㊀结果与讨论２．１㊀物相和化学成分A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的混合熵㊁混合焓㊁吉布斯自由能㊁Ω㊁晶格畸变程度和价电子浓度分别为１３．０８J/m o l㊁－１４．８８k J/ m o l㊁－３１．５２k J/m o l㊁１．５０㊁５．７２％和８．１２.根据高熵合金的热力学判断依据,该合金体系易于形成高熵固溶体相.图１所示为该合金的X R D衍射图谱和化学成分,可见合金的晶体结构为F C C,且出现了γᶄ有序F C C相.用E D S实测的化学组成与设计值无显著差异.图１㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的X R D衍射图谱和化学成分F i g．１㊀X R D p a t t e r n s a n d e l e m e n t c o m p o s i t i o no fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y图２所示为A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的显微结构,其中图２a为腐蚀后的光学金相组织,图２b为背散射电子像.图２b中A为９６５１A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究 李光俊㊀段㊀宏㊀徐㊀磊等Copyright©博看网. All Rights Reserved.树枝晶,对应图２a中灰色相;B为枝晶间,对应图２a中黑色相.图２c为电子背散射衍射晶粒取向及晶界分布图,图２d所示为高倍下γᶄ相的形貌.从图中可以看出,该合金显微组织呈典型的树枝晶结构,高角度晶界的比例高达９８．２％,晶粒取向随机分布,晶粒较为粗大,大部分晶粒的尺寸介于０．２~１mm之间.表１所示为图２b所示A区域和B区域的E D S化学成分分析,结果发现树枝晶A区域中的A l㊁C o㊁C r和F e元素含量较B区域中稍多,而T i元素在枝晶间的B区域富集.混合焓代表原子间的结合力,N iＧT i㊁N iＧA l㊁N iＧC o㊁N iＧC r和N iＧF e的混合焓分别是－３５k J/m o l㊁－２２k J/m o l㊁０㊁－７k J/m o l和－２k J/m o l,其中N iＧT i的混合焓最低,即二者的结合强度最高,这可能是导致T i元素富集的原因[１０].该高熵超合金为铸态,γᶄ相基本上呈现球状,与其他高熵超合金中γᶄ相的形态一致[１].(a)光学金相组织㊀㊀㊀㊀(b)背散射电子像㊀㊀㊀㊀(c)I P F图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(d)γᶄ相显微形貌图２㊀M i c r o s t r u c t u r e o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的显微结构F i g．２㊀M i c r o s t r u c t u r e o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y表１㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金显微组织不同区域的原子百分数T a b．１㊀A t o m p e r c e n t o f d i f f e r e n t r e g i o n s o fm i c r o s t r u c t u r eo fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y％A l C o C r F e N i T i名义成分７．８２０．６１２．２１１．５４０．７７．２区域A７．７２１．７１１．８１２．５４０．９５．４区域B７．４２０．２８．９９．７４２．９１０．９２．２㊀力学性能与腐蚀性能A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的密度为７．８g/c m３,维氏硬度㊁屈服强度㊁抗压强度和断裂韧性分别为４２２ʃ８H V０．２㊁９９１ʃ３２M P a㊁２１２１ʃ１９７M P a和４９．５ʃ０．１M P a m０．５.图３为该合金的应力Ｇ应变曲线,可见该合金具有良好图３㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的典型压缩应力Ｇ应变曲线F i g．３㊀T h e t y p i c a l c o m p r e s s i v e s t r e s sＧs t r a i n c u r v e o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y 的塑性变形能力和优良的综合力学性能.０C r１７N i７A l是含有A l元素的半奥氏体沉淀硬化不锈钢,成分接近１８Ｇ８奥氏体不锈钢,具有良好的冶金和可加工性能,是核化工设备在硝酸腐蚀环境中最为常用的耐腐蚀不锈钢.图４为０C r１７N i７A l不锈钢和A l７．８C o２０．６C r１２．２Fe１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的极化曲线,发现该合金和０C r１７N i７A l不锈钢两种材料的自腐蚀电位非常接近,且这两种材料的极化曲线均出现了钝化现象,且高熵合金具有更宽的钝化区.表２所示为A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金和０C r１７N i７A l不锈钢的电化学参数,０C r１７N i７A l 不锈钢的自腐蚀电位㊁自腐蚀电流密度和极化电图４㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金和０C r１７N i７A l不锈钢的电极化曲线F i g．４㊀E l e c t r o d e p o t e n t i a l c u r v e s o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５ＧN i４０．７T i７．２a n d０C r１７N i７A l表２㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金和０C r１７N i７A l不锈钢的电化学参数T a b．２㊀E l e c t r o c h e m i c a l p a r a m e t e r s o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p ys u p e r a l l o y a n d０C r１７N i７A l s t a i n l e s s s t e e l材料自腐蚀电位E c o r r(V)自腐蚀电流密度I c o r r(A/c m２)极化电阻R p(Ω c m２) A l７．８C o２０．６C r１２．２ＧF e１１．５N i４０．７T i７．２－０．３１４．８８４ˑ１０－７７８１６３０C r１７N i７A l－０．３０９．１１８ˑ１０－７４７１３８０７５１中国机械工程第３４卷第１３期２０２３年７月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.阻分别为－０．３０V ㊁９．５９８ˑ１０－７A /c m ２和４７１３８Ω,A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的自腐蚀电位㊁自腐蚀电流密度和极化电阻分别为－０．３１V ㊁４．８８４ˑ１０－７A /c m ２和７８１６３Ω.结合图４和表２的自腐蚀电位值可以判断A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金和０C r １７N i ７A l 不锈钢在硝酸腐蚀环境中的腐蚀倾向相似,没有明显区别.但是,从表２中还可以看出,A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的自腐蚀电流密度约为０C r １７N i ７A l 不锈钢的一半,极化电阻约为０C r １７N i ７A l 不锈钢的１．７倍,因此A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金抗腐蚀性能优于０C r １７N i ７A l 不锈钢的抗腐蚀性能.这可能是由于高熵超合金中含有较高含量的N i ㊁C r ㊁T i 等耐腐蚀元素.２．３㊀摩擦磨损性能与磨损机理图５为A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金分别在干摩擦状态和硝酸介质条件下的摩擦因数Ｇ时间曲线.在干摩擦状态时,该合金的摩擦因数为０．４５~０．５５,在试验周期内的平均值为０．５１,且摩擦因数较为平稳.在摩擦界面上存在６m o l /L 的硝酸时,摩擦因数为０．３~０．４５之间,在试验周期内的平均值为０．４０.结果显示,在摩擦界面上硝酸溶液的存在可以降低摩擦副的摩擦因数.值得注意的是每次滴加硝酸时(图５中蓝色箭头所示),摩擦因数都会发生突变,突然增大后逐渐减小.图５㊀干摩擦和硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的摩擦因数Ｇ时间曲线F i g．５㊀F r i c t i o n c o e f f i c i e n t Ｇt i m e c u r v e s o f A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y i nH N O ３a n dd r yf r i c t i o n 图６为干摩擦状态和硝酸介质条件下摩擦后该高熵超合金试样磨痕的三维形貌图,依据测量磨损体积获得的干摩擦和硝酸介质中的磨损率分别为２．４ˑ１０－４m m ３/(N m )和１．３ˑ１０－４m m３/(N m ).当摩擦界面有硝酸介质时磨损表面较为光滑,且磨损体积较小.摩擦界面上硝酸的存(a)干摩擦(b)硝酸介质图６㊀干摩擦和硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金磨痕的三维形貌F i g ．６㊀W e a rm o r p h o l o gi e s o fA l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y i nd r yf r i c t i o na n dH N O ３在可改善该高熵超合金的抗磨损性能.图７为两种环境下磨损表面的显微形貌电子像.干摩擦和硝酸介质中磨损表面磨屑的形态存在显著的差别:干摩擦时的磨屑大多呈片状;摩擦表面有硝酸时,大部分磨屑边缘较为圆滑且部分磨屑呈球状.在摩擦副系统中,磨屑的形态会对摩擦和磨损性能产生一定影响,磨屑形态的变化可能是摩擦因数减小的原因之一.(a )干摩擦㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)硝酸介质图７㊀干摩擦和硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的磨损表面显微形貌F i g ．７㊀W o r n s u r f a c em i c r o m o r p h o l o g y o f A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y i nd r yf r i c t i o na n d i nH N O ３表３所示为两种环境下磨损表面的化学成分,可以看出当摩擦表面有硝酸时,磨损表面的氧含量很高.图８所示为磨痕处和非磨痕处的拉曼光谱,在摩擦界面上有硝酸时,在磨痕处出现了多种氧化物,例如C r ２O ３㊁A l ２O ３㊁T i O ２㊁N i O ㊁F e ２O ３㊁N i T i O ３和N i C r ２O ４等,而在非磨痕处拉曼光谱测试方法未检测到氧化物存在.在干摩擦时,磨痕内外的拉曼光谱中均无明显的氧化物谱１７５１ A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究李光俊㊀段㊀宏㊀徐㊀磊等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.峰.以上结果说明在硝酸环境中摩擦表面发生了摩擦化学反应,形成了氧化物.而在摩擦表面,氧化物的出现一般会减小摩擦因数和磨损率[１１],因此,在硝酸腐蚀环境中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的摩擦因数和磨损率均比干摩擦时小,与其磨损表面形成的氧化物有关.表３㊀干摩擦和硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金磨损表面的原子百分数T a b ．３㊀A t o m p e r c e n t o fw o r n s u r f a c e s o f A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o y i nd r yf r i c t i o na n d i nH N O ３％A lC oC rF eN iT iO 干摩擦８．３２０．１１０．５１１．１３８．４７．３４．２８硝酸介质中摩擦４．６３９．０３６．３２５．５５１８．５３４．１６５１．３１(a)干摩擦(b )HN O ３介质图８㊀干摩擦和硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金磨痕内和磨痕外拉曼光谱F i g ．８㊀R a m a n s p e c t r u mo fA l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o yi n s i d e a n do u t s i d e o fw e a r t r a c k i nd r yf r i c t i o na n d i nH N O ３㊀㊀根据上述试验结果,我们认为该高熵超合金在硝酸腐蚀环境中,抗磨损性能不因硝酸的腐蚀而降低.图９为A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金在硝酸介质中的磨损机理示意图.陶瓷对偶球与高熵超合金的摩擦使得磨痕上的钝化膜破裂,裸露出金属,添加硝酸时裸露金属表面由于硝酸浓度的升高而容易形成钝化氧化物膜,而陶瓷对偶球与合金的摩擦会破坏钝化形成的氧化物膜.这种钝化膜形成 破坏 再形成的循环中,磨痕表面逐渐形成一定厚度的氧化物层.N i O ㊁F e ２O ３㊁N i T i O ３㊁N i C r ２O ４等金属氧化物和盐类具有一定的润滑性,氧化物在摩擦过程中逐渐积累,并成为摩擦界面上的机械混合层,从而减少了摩擦副的黏着与犁削现象,减小了摩擦因数,改善了抗磨损性能.因此我们认为硝酸介质促进了该高熵超合金摩擦界面上的化学或物理的变化,从而引起了摩擦磨损性能的变化.(a)钝化膜形成(b)钝化膜破损(c)钝化膜再形成图９㊀硝酸介质中A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金的磨损机理示意图F i g ．９㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo fw e a rm e c h a n i s mo fA l ７．８C o ２０．６ＧC r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２h i g h Ｇe n t r o p y s u p e r a l l o yi nH N O ３A l ７．８C o ２０．６C r １２．２F e １１．５N i ４０．７T i ７．２高熵超合金在２００ħ㊁４００ħ㊁６００ħ和８００ħ环境中的摩擦因数Ｇ时间曲线见图１０a~图１０d .在２００ħ和４００ħ下摩擦因数非常稳定,在试验周期内无明显变化;在６００ħ和８００ħ下,摩擦初期摩擦因数稍高,经过最初几分钟的磨合之后,摩擦因数趋于稳定,且在更高的温度下更稳定.图１０e 和图１０f 所示为２５ħ室温和４种高温环境温度下的平均摩擦因数和磨损率随温度的变化曲线.结果显示,温度对摩擦因数有显著影响,在２５~８００ħ,摩擦因数随温度升高呈减小的趋势,平均摩擦因数从０．５１减小到０．３３;在２５ħ㊁２００ħ和４００ħ时,磨损率无显著变化,而在６００ħ和８００ħ下,磨损率显著减小,说明该高熵超合金在高温下具有良好的抗磨损性能.２７５１ 中国机械工程第３４卷第１３期２０２３年７月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(a)θT＝２００ħ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)θT＝４００ħ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c)θT＝６００ħ㊀㊀㊀㊀㊀(d)θT＝８００ħ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(e)摩擦因数Ｇ温度曲线㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(f)磨损率Ｇ温度曲线图１０㊀A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金在不同温度下的摩擦因数和磨损率F i g．１０㊀F r i c t i o n c o e f f i c i e n t a n dw e a r r a t e o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y a t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ㊀㊀不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金磨痕的三维形貌图见图１１.图１２所示为磨损表面的显微形貌.从磨痕的三维形貌图可以直观地看出,６００ħ和８００ħ的磨痕表面比２００ħ和４００ħ表面更光滑.随着温度的升高,磨痕深度和宽度显著减小.磨痕边缘的凸起是由于摩擦过程中对偶球对磨损表面挤压发生的塑性变形以及磨屑的堆积.由图１２可以看出,在相对较低的温度下(２００ħ和４００ħ),磨损表面显微形貌与图６a具有相似的磨粒磨损特征,在磨损表面上有大量明显的犁沟;不同的是,图１２a和图１２b中的磨痕比图６a中的磨痕具有少量的塑性变形特征,这可能是对偶球体对磨损表面挤压产生的,这说明从室温至４００ħ温度区间内磨损机理以磨粒磨损为主.在相对较高的温度下(６００ħ和８００ħ),磨损表面没有明显的犁沟,摩擦面较为平整和光滑.不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金磨损表面的化学成分见表４.可知,不同温度下磨损表面的氧含量有显著差异,温度越高,氧含量越高.图１３所示为不同温度下磨损表面以及非磨痕处的拉曼光谱,在６００ħ和８００ħ时,出现了多种氧化物的衍射峰.与硝酸介质中不同的是,在高温环境下,磨损表面磨痕处和非磨痕处具有大致相同的氧化物.因此,在高温环境下,磨损表面的氧化物仅是高温氧化导致,摩擦并未增加合金磨损表面的氧化程度或促进表面金属的氧化.该高熵超合金的组元形成的几种氧化物的吉布斯自由能从小到大的顺序为A l２O３㊁T i O２㊁(a)２００ħ(b)４００ħ(c)６００ħ(d)８００ħ图１１㊀不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金磨痕的三维形貌F i g．１１㊀W e a rm o r p h o l o g i e s o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７ＧT i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y a t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e３７５１A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究 李光俊㊀段㊀宏㊀徐㊀磊等Copyright©博看网. All Rights Reserved.(a)２００ħ(b)４００ħ(c)６００ħ(d)８００ħ图１２㊀不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的磨损表面显微形貌F i g．１２㊀W o r n s u r f a c em o r p h o l o g y o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５ＧN i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y a t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e C r２O３㊁C o O㊁N i O,其中A l２O３㊁T i O２和C r２O３具有较高的强度和硬度,有益于合金高温抗磨损性能的提高.A l２O３能够减缓O元素沿着微裂纹向基体的扩散,减少材料的进一步氧化[１２].T i O２具有一定的磨损表面氧化膜自修复作用,在摩擦过程中,因反复摩擦导致的氧化物膜发生破损时, T i能够在短时间内通过氧化反应迅速重新生成稳定的氧化物膜[１３].N i O和C o O在高温条件下具有一定的自润滑性能,有助于减小摩擦因数.因此,随着温度的升高,该高熵超合金摩擦因数和磨损率的减小是由于磨损表面形成了由多种氧化物组成的复合薄膜,提供了一定的自润滑性和良好的抗磨损性能.表４㊀不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金磨损表面的原子百分数T a b．４㊀A t o m p e r c e n t o fw o r n s u r f a c e s o fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p ys up e r a l l o y a t d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s％A l C o C r F e N i T i O ２５ħ８．３２０．１１０．５１１．１３８．４７．３４．２８２００ħ８．６１９．９１０．５１１．１３７．４７．４５．１０４００ħ７．２１７．９１０．８９．８３４．２６．５１３．６６００ħ６．７１４．５８．７８．２２９．６５．７２６．６８００ħ４．６１３．５７．９８．３２３．４４．６３７．７(a)２００ħ(b)４００ħ(c)６００ħ(d)８００ħ图１３㊀不同温度下A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金磨痕内和磨痕外的拉曼光谱F i g．１３㊀R a m a n s p e c t r u mo fA l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２h i g hＧe n t r o p y s u p e r a l l o y i n s i d e a n do u t s i d e o fw e a r t r a c ka td i f fe r e n t t e m p e r a t u r e s㊀㊀对比A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金在硝酸介质和高温环境中的摩擦学行为,磨损表面氧化物的存在减小了高熵超合金的摩擦因数并提高了抗磨损性能是腐蚀和高温环境中该合金４７５１中国机械工程第３４卷第１３期２０２３年７月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.摩擦学行为的共同之处.３㊀结论(１)采用真空非自耗电弧熔炼技术制备了A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金.该高熵超合金显微组织以树枝晶为主,其维氏硬度㊁屈服强度㊁抗压强度和断裂韧性分别为４２２ʃ８H V０．２㊁９９１ʃ３２M P a㊁２１２１ʃ１９７M P a和４９．５ʃ０．１M P a m０．５.(２)该高熵超合金的抗腐蚀性能优于０C r１７N i７A l不锈钢,且在硝酸介质中其摩擦因数和磨损率均小于干摩擦状态,主要原因是表面氧化物的生成减小了摩擦因数并提高了抗磨损性能.(３)在高温环境中,温度对该合金的摩擦因数有显著影响:随着温度的升高,摩擦因数和磨损率均呈减小趋势.不同温度下磨损表面的氧含量具有明显差异,温度越高,氧含量越高.高温摩擦过程中,在磨损表面形成的复合氧化物膜提高了抗磨损性能.参考文献:[１]㊀A D I LS,S U R A J M V,P I L L A R IL K,e ta l．O n t h eE f f e c to fF e i nL１２S t r e n g t h e n e d A lＧC oＧC rＧF eＧN iＧT i C o m p l e xC o n c e n t r a t e d A l l o y[J]．M a t e r i a l i a,２０２０,１４:１００９０９．[２]㊀T S A O T K,Y E H AC,MU R A K AM IH．T h eM iＧc r o s t r u c t u r eS t a b i l i t y o fP r e c i p i t a t i o nS t r e n g t h e n e dM e d i u mt oH i g hE n t r o p y S u p e r a l l o y s[J]．M e t a l l u rＧg i c a l a n dM a t e r i a l sT r a n s a c t i o n sA,２０１７,４８:２４３５Ｇ２４４２．[３]㊀WA N G X Q,C A R T E RL N,P A N GB,e t a l．M iＧc r o s t r u c t u r ea nd Y ie l dS t r e n g t ho fS L MＧf a b r i c a t e dC M２４７L CN iＧs u p e r a l l o y[J]．A c t aM a t e r i a l i a,２０１７,１２８:８７Ｇ９５．[４]㊀P R A V E E NS,K I M H S．H i g hＧe n t r o p y A l l o y s:P oＧt e n t i a l C a n d i d a t e sf o r H i g hＧt e m p e r a t u r e A p p l i c aＧt i o n s a nO v e r v i e w[J]．A d v a n c e dE n g i n e e r i n g M aＧt e r i a l s,２０１７,２０(１):１７００６４５．[５]㊀HU A N GE W,L I AW PK．H i g hＧt e m p e r a t u r eM aＧt e r i a l s f o r S t r u c t u r a lA p p l i c a t i o n s:N e wP e r s p e c t i v e so nH i g hＧe n t r o p y A l l o y s,B u l kM e t a l l i cG l a s s e s,a n dN a n o m a t e r i a l s[J]．M R S B u l l e t i n,２０１９,４４:８４７Ｇ８５３．[６]㊀L IW D,X I ED,L ID Y,e t a l．M e c h a n i c a l B e h a vＧi o r o fH i g hＧe n t r o p y A l l o y s[J]．P r o g r e s s i n M a t e r iＧa l sS c i e n c e,２０２１,１１８:１００７７７．[７]㊀C HU A N G M H,T S A IM H,WA N G W R,e t a l．M i c r o s t r u c t u r e a n d W e a rB e h a v i o r o fA l x C o１．５C r F eＧN i１．５T i y H i g hＧe n t r o p y S u p e r a l l o y s[J]．A c t a M a t e r iＧa l i a,２０１１,５９(１６):６３０８Ｇ６３１７．[８]㊀T S A O T K,Y E H A C,K U O C M,e ta l．H i g h T e m p e r a t u r eO x i d a t i o na n dC o r r o s i o nP r o p e r t i e so fH i g hE n t r o p y S u p e r a l l o y s[J]．E n t r o p y,２０１６,１８(２):６２Ｇ７４．[９]㊀T S A O T K,Y E H A C,K U O C M,e t a l．O nt h e S u p e r i o rH i g hT e m p e r a t u r eH a r d n e s s o f P r e c i p i t a t iＧo nS t r e n g t h e n e dH i g hE n t r o p y N iＧb a s e dA l l o y s[J]．A d v a n c e d E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s,２０１７,１９(１):１６００４７５．[１０]㊀T A K E U C H IA,I N O U E A．C l a s s i f i c a t i o no fB u l k M e t a l l i cG l a s s e sb y A t o m i cS i z eD i f f e r e n c e,H e a to fM i x i n g a n dP e r i o do fC o n s t i t u e n tE l e m e n t sa n dI t sA p p l i c a t i o n t oC h a r a c t e r i z a t i o no f t h eM a i nA lＧl o y i n g E l e m e n t[J]．M a t e r i a l sT r a n s a c t i o n s,２００５,４６(１２):２８１７Ｇ２８２９．[１１]㊀Z HUS Y,C H E N GJ,Q I A O Z H,e ta l．H i g h T e m p e r a t u r eS o l i dＧl u b r i c a t i n g M a t e r i a l s:aR e v i e w[J]．T r i b o l o g y I n t e r n a t i o n a l,２０１９,１３３:２０６Ｇ２２３．[１２]㊀E R D OĜA N A,GÖK M S,Z E Y T I N S．A n a l y s i s o f t h e H i g hＧt e m p e r a t u r e D r y S l i d i n g B e h a v i o ro fC o C r F e N i T i０．５A l x H i g hＧe n t r o p y A l l o y s[J]．F r i cＧt i o n,２０２０,８:１９８Ｇ２０７．[１３]㊀C H E N LJ,B O B Z I N K,Z HO U Z,e ta l．W e a rB e h a v i o r o fHV O FＧs p r a y e dA l０．６T iC r F e C o N iH i g hE n t r o p y A l l o y C o a t i n g sa tD i f f e r e n tT e m p e r a t u r e s[J]．S u r f a c e&C o a t i n g sT e c h n o l o g y,２０１９,３５８:２１５Ｇ２２２．(编辑㊀王旻玥)作者简介:李光俊,男,１９８８年生,高级工程师.研究方向为核化工非标设备研发设计.EＧm a i l:６４４９６３３９３＠q q．c o m.５７５１A l７．８C o２０．６C r１２．２F e１１．５N i４０．７T i７．２高熵超合金的摩擦磨损行为研究 李光俊㊀段㊀宏㊀徐㊀磊等Copyright©博看网. 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(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究
(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究摘要：高熵合金在材料科学领域备受关注，并被广泛应用于不同领域。
本研究通过固相法制备了(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并研究了其摩擦学性能。
结果表明，该高熵陶瓷具有良好的摩擦学性能，适合用于高温摩擦应用。
引言：高熵合金是一种由不同原子组成的均匀混合体系，它的化学成分可由五个或更多的元素组成。
由于其特殊的原子结构和成分设计可调性，高熵合金在材料科学领域广受关注。
近年来，高熵陶瓷作为一种新型的高熵材料，也成为了研究的热点。
高熵陶瓷在摩擦学方面具有广泛的应用前景，但目前关于(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的制备方法和摩擦学性能研究仍相对较少。
因此，本研究旨在制备(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并探究其摩擦学性能。
实验方法：1. 材料制备：按照一定的比例将MgO、CoO、NiO、CuO和ZnO粉末混合均匀，然后在1100℃的高温下进行固相反应，最终得到(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品。
2. 结构表征：通过X射线衍射(XRD)仪器分析样品的晶体结构。
3. 摩擦学性能测试：采用摩擦磨损试验仪对(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品进行摩擦学性能测试。
结果与讨论：X射线衍射分析结果显示，制备得到的(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品具有单一晶系结构。
通过摩擦磨损试验，可以得到它的摩擦系数和磨损率。
在室温(25℃)条件下，(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品的摩擦系数为0.4。
随着温度的升高，摩擦系数逐渐降低，达到最低值后趋于稳定。
在高温(500℃)条件下，(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷样品的摩擦系数仍然保持在很低水平，约为0.2。
这表明该高熵陶瓷具有良好的摩擦学性能，并适合用于高温摩擦应用。
结论：本研究通过固相法成功制备了(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷，并研究了其摩擦学性能。
《WTaTiVCr高熵合金层的制备与性能研究》范文
《WTaTiVCr高熵合金层的制备与性能研究》篇一摘要：本文针对WTaTiVCr高熵合金层的制备工艺进行了详细研究，并对其性能进行了系统分析。
通过热力学模拟和实验相结合的方法，探讨了合金层的形成机制及影响因素，并对其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等进行了全面评价。
研究结果表明，WTaTiVCr高熵合金层具有优异的性能，为相关领域的应用提供了重要依据。
一、引言高熵合金作为一种新兴的金属材料，因其优异的力学性能和物理性能在工业领域得到了广泛应用。
WTaTiVCr高熵合金作为一种典型的高强度、高硬度的合金材料，其制备工艺和性能研究具有重要意义。
本文旨在通过制备WTaTiVCr高熵合金层，并对其性能进行系统研究，为该合金的实际应用提供理论依据。
二、制备方法与实验过程1. 材料选择与制备工艺选择适当的原材料，采用粉末冶金法，通过高温烧结、压制等工艺制备WTaTiVCr高熵合金层。
2. 实验设备与参数设置使用真空烧结炉进行烧结，控制烧结温度、时间等参数，以保证合金层的性能稳定。
3. 合金层的制备流程（1）将选定的原材料进行混合、研磨，得到均匀的合金粉末；（2）将合金粉末装入模具，进行压制成型；（3）将压制后的合金层放入真空烧结炉中，进行高温烧结；（4）冷却后得到WTaTiVCr高熵合金层。
三、性能研究与分析1. 硬度测试采用显微硬度计对WTaTiVCr高熵合金层进行硬度测试，分析其硬度分布及变化规律。
2. 耐磨性测试通过摩擦磨损试验机对WTaTiVCr高熵合金层进行耐磨性测试，评价其耐磨性能。
3. 耐腐蚀性测试采用电化学腐蚀法对WTaTiVCr高熵合金层进行耐腐蚀性测试，分析其耐腐蚀性能。
四、结果与讨论1. 制备结果通过上述制备方法，成功制备了WTaTiVCr高熵合金层，其表面光滑、致密。
2. 性能分析（1）硬度分析：WTaTiVCr高熵合金层具有较高的硬度，且分布均匀，无明显硬度梯度变化。
（2）耐磨性分析：WTaTiVCr高熵合金层具有优异的耐磨性能，能够有效抵抗磨损和摩擦。
原位合成碳化物增强高熵合金微观结构和耐磨损行为研究
原位合成碳化物增强高熵合金微观结构和耐磨损行为研究韩云飞;王小荣【期刊名称】《材料科学》【年(卷),期】2024(14)5【摘要】选用AlMoZrSi高熵合金粉末和Cr3C2合金粉末作为熔覆原材料。
利用等离子熔覆技术在TC11钛合金表面制备原位合成MC型碳化物增强熔覆层,并对其微观组织和物相特征进行表征。
此外,还和基体对比研究了显微硬度和耐磨损性能。
结果显示:AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金熔覆层均由BCC基体相和原位合成的MC型碳化物增强相构成。
根据显微硬度和磨损率测试显示:AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金的平均显微硬度分别是846.33 HV,1009.27 HV,分别是基体显微硬度390.3 HV的2.17和2.56倍,磨损率分别为2.176 × 10−7 mm3/N/m和1.979 × 10−7 mm3/N/m,相较于基体分别提高了19.2%和26.5%。
AlMoZrSi(Cr3C2)0.1高熵合金熔覆层具有优异的综合力学性能。
【总页数】10页(P614-623)【作者】韩云飞;王小荣【作者单位】兰州交通大学机电工程学院兰州【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.Ti-Zr-Nb系高熵合金微观结构和腐蚀行为研究2.等离子原位合成VC增强CoCrCuFeNiMn高熵合金基熔覆层微观组织研究3.原位自生碳化物增强CoCrFeNi高熵合金的显微组织与力学性能4.原位合成M_(23)C_(6)-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究5.激光熔覆FeCoCrNiMo_(0.5)高熵合金熔覆层的组织结构和耐磨损性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冷喷摩擦复合增材制造制备ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料组织与磨损性能
冷喷摩擦复合增材制造制备ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料组织与磨损性能王俣豪;乔柯;张兵;王快社;王文;孙琦【期刊名称】《塑性工程学报》【年(卷),期】2024(31)2【摘要】采用冷喷涂增材制造和冷喷摩擦复合增材制造技术制备了ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料,使用SEM和EBSD等表征了微观组织特征,研究了模拟体液环境下的磨损性能和磨损机制。
结果表明:相较于冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样中孔洞缺陷消失,组织明显致密化,ZrO_(2)均匀分布于Ti基体中,试样的致密度达99.1%。
冷喷摩擦复合增材制造过程中发生了连续动态再结晶,平均晶粒尺寸均匀化至2.5μm。
相较冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样显微硬度显著提升(由221 HV 0.2提升至544 HV 0.2)。
在模拟体液环境下,冷喷摩擦复合增材制造试样具有较低的磨损率(1.09×10^(-3)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)),表现出较好的耐磨性。
磨粒磨损和粘着磨损是冷喷涂增材制造试样的主要磨损机制,而磨粒磨损是冷喷摩擦复合增材制造试样的主要磨损机制。
【总页数】8页(P105-112)【作者】王俣豪;乔柯;张兵;王快社;王文;孙琦【作者单位】西安建筑科技大学冶金工程学院;功能材料加工国家地方联合工程研究中心【正文语种】中文【中图分类】TG306【相关文献】1.TiC颗粒增强钛基复合材料的摩擦磨损性能2.Ti6Al4V表面激光熔覆原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料及摩擦磨损性能3.粉末冶金制备ZrO_(2)颗粒增强镁基复合材料的组织和磨损性能4.气-液反应激光原位增材制造TiN增强钛基复合材料组织结构及力学性能研究5.冷喷摩擦复合增材制造6061铝合金的显微组织、力学性能和腐蚀行为因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Material Sciences 材料科学, 2018, 8(10), 1007-1015Published Online October 2018 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2018.810120The Wear Behavior of High-Entropy AlloyParticles Reinforced Titanium AlloyCompositeJingwen Qiu1, Zhengfan Fu2, Di Pan3*, Yi Shu4, Jianhui Yan1,2, Zhongyuan Duan2, Weihua Li2 1Hunan Provincial Key Laboratory of Advanced Materials for New Energy Storage and Conversion,Hunan University of Science and Technology, Xiangtan Hunan2Hunan Provincial Key Defense Laboratory of High Temperature Wear-Resisting Materials and PreparationTechnology, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan Hunan3State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha Hunan4Hunan Yufone Vacuum Science and Technology Co., Ltd, Xiangtan HunanReceived: Oct. 2nd, 2018; accepted: Oct. 19th, 2018; published: Oct. 26th, 2018AbstractIn this paper, Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%) alloys was prepared by the spark plasma sintering (SPS) method using elemental powders after ball-milling. And then the 10 wt.% FeCoCrNiMo alloy particles was mixed with the elemental powders after ball-milling to obtain high-entropy alloy particles reinforced Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%) alloy composite by the same SPS method. The wear behaviors of Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%) alloy and its composite were investigated by reci-procating sliding wear tests at the room temperature. Field emission scanning electron micro-scope, microhardness tester and 3D optical surface profiler were employed to study the micro-structures and wear behaviors. The results showed that: the hardness and wear resistance of the high-entropy alloy reinforced titanium alloy was improved significantly after the addition of high-entropy alloy particles. A diffusion layer with a certain thickness was formed between the particles and titanium alloy matrix. The wear mechanism of Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn and its compo-site is mainly adhesive wear, abrasive wear and some plastic deformation.KeywordsTitanium Alloys, High-Entropy Alloys, Particle Reinforced Composite, Microstructure,Tribological Properties高熵合金颗粒增强钛合金复合材料摩擦磨损行为研究*通讯作者。
邱敬文 等邱敬文1，付正帆2，潘 迪3*，舒 逸4，颜建辉1,2，段中元2，李伟华21湖南科技大学，新能源储存与转换先进材料湖南省重点实验室，湖南 湘潭 2湖南科技大学，湖南省国防科技高温耐磨材料及制备技术重点实验室，湖南 湘潭3中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙4湖南玉丰真空科学技术有限公司，湖南 湘潭收稿日期：2018年10月2日；录用日期：2018年10月19日；发布日期：2018年10月26日摘 要本文首先利用金属元素粉末球磨后通过放电等离子烧结制备了Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%)钛合金。
同时在球磨后的元素粉末中加入10 wt.%的FeCoCrNiMo0.15 (at.%)高熵合金颗粒通过放电等离子烧结制备了高熵合金颗粒增强的钛基复合材料。
本文对两种材料在室温条件下进行了往复式滑动摩擦磨损试验，利用场发射扫描电子显微镜、显微硬度测试仪和超景深三维轮廓仪等设备对加入高熵合金颗粒前后的钛合金样品及其摩擦磨损行为进行了研究和对比。
结果表明：在钛合金中加入高熵合金颗粒增强后，高熵合金颗粒增强钛合金硬度得到提高。
高熵合金颗粒外层与钛合金形成一定厚度的扩散层，加入高熵合金颗粒后的钛合金耐磨性能提高明显。
Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn 合金与高熵颗粒增强后的Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn 合金的磨损机制主要为粘着磨损，磨粒磨损和少量的塑性变形。
关键词钛合金，高熵合金，颗粒增强复合材料，显微组织，摩擦性能Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/1. 引言钛合金由于其高的比强度、较好的耐腐蚀性能、在飞行器制造、化学化工设备，车辆工程和生物医用等领域中均有着极为广泛的应用前景[1] [2]。
但是钛合金存在硬度低，耐磨性能不佳的问题限制了其应用范围[3]。
汤慧萍[4]等人指出钛基复合材料具有较高的拉伸强度、显微硬度，弹性模量和优良的耐磨性，但是纤维增强的钛基复合材料因其界面反应等原因导致制备工艺复杂，成本较高。
粉末冶金作为一种近净成形工艺，具有材料利用率高，组织成分均匀等优点。
采用粉末冶金方法制备颗粒增强钛基复合材料还可以在较大的范围内进行增强颗粒含量调整和优化，并且具有制备工艺简单，成本较低等特点，是制备低成本颗粒增强钛基复合材料的主要方法[5] [6] [7]。
高熵合金作为新兴的合金材料，突破了传统的合金设计理念，由于其高熵效应，使得其具有比传统合金更好的高强度，高硬度和耐磨性能[8] [9]。
Meng 等人[10]研究发现采用激光熔覆方法制备了高熵合金增强的AZ91D 复合材料，其摩擦磨损性能相比基材，得到很大的提高。
还有研究[11]表明FeCoCrNi 加入Mo 元素，会生成σ相，这种金属间化合物相能够大幅度提高了硬度，最高可达610.55 HV 。
Tan 等Open Access邱敬文等人[12]利用放电等离子烧结技术制备了Al0.6CoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al65Cu16.5Ti18.5非晶合金，发现其裂纹传播稳定性提高，断裂面能量的显着增加，屈服强度高达3120 ± 80 MPa。
Chen [13]等人采用粉末冶金方法制备了AlCoNiCrFe高熵颗粒增强的铜基复合材料，发现高熵合金颗粒比金属玻璃具有更好的强化效果。
但是，目前以高熵合金作为增强颗粒制备钛合金复合材料的相关报道还很少。
本文利用球磨元素粉末的方法采用放电等离子烧结(SPS)制备了Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%)钛合金。
同时，将10 wt.%的FeCoCrNiMo0.15高熵合金作为增强颗粒与球磨后的元素粉末混合均匀后也采用放电等离子烧结方式制备了颗粒增强钛基复合材料，并分别对比研究了两种材料的微观组织与室温下的摩擦磨损行为。
2. 实验本文利用球磨元素粉末的方法采用放电等离子烧结制备了Ti-11Fe-3Nb-3Mn-3Sn (at.%)钛合金。
同时，将10 wt.%的FeCoCrNiMo0.15高熵合金作为增强颗粒与球磨后的元素粉末混合均匀后也采用放电等离子烧结方式制备了颗粒增强钛基复合材料。
后文将10 wt.%的FeCoCrNiMo0.15高熵颗粒增强的钛基复合材料简称为10 HEA。
放电等离子烧结工艺为950℃和50 MPa的条件下保压10分钟。
将SPS烧结所得合金块体用电火花线切割制得尺寸为10 × 5 × 2 mm的摩擦磨损实验样品，经过酒精浸泡超声清洗和600目砂纸打磨除去样品表面氧化物和其他污染物后进行摩擦磨损实验。
滑动摩擦试验采用中科凯华HSR-2M型高速往复式摩擦试验机，摩擦对偶球采用直径为5 mm的氮化硅陶瓷球，其硬度为1600 Hv。
摩擦对偶球由特别加工的夹具夹持后固定于摩擦试验机上端，并以10 N的稳定载荷接触合金样品，样品在室温空气环境下以0.1 m/s的速度在往复运动10分钟。
摩擦测试过程中，摩擦系数由电子传感器实施测试并传回计算机记录，同一样品重复三次进行相同参数的摩擦试验以减少误差。
本文采用万分之一高精度电子天平平测试样品摩擦测试前后质量差异，并利用Keyence (日本) VHX5000超景深三维显微镜对摩擦测试后样品表面摩擦槽的三维形貌进行分析和表征。