粉末冶金FeCoCrNiMnN_x系高熵合金组织结构与性能的研究
发布时间：2020-05-18 10:59
【摘要】：FeCoCrNiMn高熵合金具有简单的晶体结构以及优良的塑韧性,但其强度较低,于是拟添加N元素以提高合金强度。由于粉末冶金制备的合金具有晶粒细小、成分均匀、原材料利用率高等优点,所以本文采用此方法制备FeCoCrNiMnNx(x=0,0.1,0.2,0.3,mol)高熵合金,然后利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、力学万能试验机、电化学工作站等,研究N元素对FeCoCrNiMn高熵合金组织结构与性能的影响。研究结果表明:1)FeCoCrNiMnNx系高熵合金粉末在机械合金化过程中,随着球磨时间的增加,各合金元素逐渐合金化,并在球磨45h后形成了FCC固溶体;经真空热压烧结后各合金的相组成基本一致,即为FCC主相、τ相、Cr2N相以及少量的碳化物M23C6(M=Cr、Fe、Co),还发现纳米孪晶。2)烧结温度对FeCoCrNiMn高熵合金组织结构与性能具有重要影响。合金在900℃C～1000℃C之间已完全烧结,其显微组织形貌为大块白色低Cr的FCC基体相以及不规则黑色富Cr含量的析出相;随着烧结温度的升高,合金的硬度先增加后减小,伴随着塑性逐渐增加,从综合力学性能考虑:该高熵合金的最佳烧结温度为90℃。3)N元素对FeCoCrNiMn高熵合金具有明显的强化作用。随着N含量的提高,合金的屈服强度、压缩强度以及硬度均为逐渐增加,但伴随着塑性的下降,而且合金的耐磨性也逐渐提高,磨损机制为轻微剥落磨损与磨粒磨损。4)添加N元素有利于提高FeCoCrNiMn高熵合金的抗高温氧化性能。随着N含量的提高,合金的氧化速率反而减慢;800℃C时,合金的表面氧化层均以Mn3O4为主以及少量的MnCr2O4;900℃时,合金的表面氧化层均以Mn3O4为主;1000℃C时,合金的表面氧化层均出现剥落现象,除了氧化物Mn304、MnCr2O4外,还出现CrO、Cr203等氧化物。5)FeCoCrNiMnNx系高熵合金在3.5w.t%NaCl溶液中,FeCoCrNiMnN0.2合金的自腐蚀电流密度最小;在3.5w.t%NaOH溶液中,FeCoCrNiMnN0.3合金的自腐蚀电流密度最小;在1mol/L H2SO4溶液中,随着N含量的提高,自腐蚀电位先减小后增大,FeCoCrNiMnN0.1合金的自腐蚀电流密度最小而表现出最好的耐腐蚀性。
【图文】：
以添加更多的主元使Ｇｉｂｂｓ自由能降低，从而提高合金体系的稳定性。根据公式逡逑（１－２）可以计算得到不同主元数的等摩尔高熵合金体系的主元数与混合熵的关逡逑系曲线，如图１－１所示。可以看出，一开始合金体系的混合熵随主元数目的增加逡逑２逡逑
ｑ邋—邋ｊ原子对应的摩尔百分数逡逑通过公式（１－５）和公式（１－６）可以计算出多主元高熵合金参数Ｓ和Ｑ的函逡逑数关系，如图１－２所示。从中可知，如果考虑到主元尺寸、混合焓以及混合熵这逡逑三者对多主元高熵合金形成稳定固溶体结构的影响，其判断标准为：￡１＾１．１，，ＳＳ逡逑６．６％。逡逑？邋□逦Ｓｏｌｉｄ邋Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ邋（Ｓ）逡逑Ｘ逦？逦Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ邋（Ｉ）逡逑＼逦▲逦Ｓ＋ｌ逡逑１００邋＇逦＼逦%煎危拢停牵螅ǎ拢╁义稀鲥未ｅ澹颍颍ⅲ裕颍蝈寤叔澹殄澹村危村澹觥觥觥觯垮危澹簦颍裕蓿椋澹殄澹澹殄义
本文编号：2669614
【图文】：
以添加更多的主元使Ｇｉｂｂｓ自由能降低，从而提高合金体系的稳定性。根据公式逡逑（１－２）可以计算得到不同主元数的等摩尔高熵合金体系的主元数与混合熵的关逡逑系曲线，如图１－１所示。可以看出，一开始合金体系的混合熵随主元数目的增加逡逑２逡逑
ｑ邋—邋ｊ原子对应的摩尔百分数逡逑通过公式（１－５）和公式（１－６）可以计算出多主元高熵合金参数Ｓ和Ｑ的函逡逑数关系，如图１－２所示。从中可知，如果考虑到主元尺寸、混合焓以及混合熵这逡逑三者对多主元高熵合金形成稳定固溶体结构的影响，其判断标准为：￡１＾１．１，，ＳＳ逡逑６．６％。逡逑？邋□逦Ｓｏｌｉｄ邋Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ邋（Ｓ）逡逑Ｘ逦？逦Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ邋（Ｉ）逡逑＼逦▲逦Ｓ＋ｌ逡逑１００邋＇逦＼逦%煎危拢停牵螅ǎ拢╁义稀鲥未ｅ澹颍颍ⅲ裕颍蝈寤叔澹殄澹村危村澹觥觥觥觯垮危澹簦颍裕蓿椋澹殄澹澹殄义
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