CrNiTiMoV高熵合金组织与性能研究

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高熵合金是一种由5~13种元素以等摩尔比或近等摩尔比混合,通过熔炼、烧结等方法制备的具有简单结构的合金,具有高硬度、高强度、耐腐蚀、良好抗高温氧化性能和热稳定性等,具有广阔的应用前景和研究意义。本文使用真空电弧熔炼方法制备了CrNiTiMoV高熵合金,并对合金进行相应退火处理,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪、显微硬度计、电化学工作站和高温碳棒电阻炉等对铸态合金的相结构、显微组织、成分、显微硬度、耐蚀性能及抗高温氧化性能进行了分析,并研究与分析了退火温度对合金组织与性能的影响。研究发现,铸态和退火态CrNiTiMoV高熵合金由BCC相、NiTi相和富Ti相组成,退火对合金相组成影响不大。退火温度升高,BCC相枝晶组织长大,富Ti相析出增多,900℃退火时,富Ti相重新溶解回枝间区域。退火提高了CrNiTiMoV高熵合金的硬度,800℃退火温度后的硬度值达到最大,为684HV,硬度受合金固溶强化以及富Ti相的析出强化影响。合金总体表现出良好的热稳定性和抗软化性能。铸态CrNiTiMoV高熵合金在2%、10%、15%HNO3溶液中极化测试,硝酸浓度越高,自腐蚀倾向减小,腐蚀速率增大,沿着晶界出现的腐蚀裂缝越宽,枝晶BCC相未出现明显腐蚀坑,枝晶间NiTi相优先被腐蚀,出现明显的点蚀坑。退火处理后的CrNiTiMoV合金缺陷减少,组织更均匀。在2%HNO3溶液中,600℃退火提高合金耐腐蚀性能,但随着退火温度的提高,富Ti相的析出,降低了合金的耐腐蚀性能。在10%HNO3溶液中,退火处理提高了CrNiTiMoV合金的抗点蚀性能。15%HNO3溶液中,900℃退火后合金耐腐蚀性能提高。铸态和退火态CrNiTiMoV高熵合金在500℃和600℃氧化温度下氧化速率小,形成的氧化膜具有保护性,抗高温氧化性较好,700℃氧化的氧化产物不具备保护能力,抗高温氧化性能较差。500℃氧化时,600℃退火后合金氧化增重比铸态合金氧化增重小,提高了抗氧化性能。退火温度升高,降低合金的抗氧化性能。600℃氧化时,退火提高了合金高温抗氧化性能。700℃氧化时,退火态合金都出现了裂纹、氧化层开裂甚至剥落的现象,氧化严重。退火处理对氧化物的生成没有影响。铸态和退火态CrNiTiMoV高熵合金氧化时生成的氧化物一致,500℃氧化时主要生成TiO2,600℃氧化时主要生成TiO2和VO2,700℃氧化时主要生成TiO2、CrVO3和NiMoO4。
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