CrxCuFeMoNiNb(x=1、2、3)高熵合金的耐盐蚀性能研究

1、crxcufemoninb （x二1、2、3）高爛合金的耐盐蚀性能研究1.引言1.1高爛合金的定义传统合金主要是以一种金属元索为主，再加入其它合金化元索形成的合金， 如铝合金、铜合金、银基和钻基超合金等。非晶合金也是以一种元素为主，再加 入多种合金化元素而形成的具有非晶结构和优界力学性能的合金。1995年，台 湾学者提岀了一种新的合金设计理念：采用至少五种主要元索，每种元索的原子 百分比介于5%-35%之间口"由于多元素倾向于混乱排列，原子难于扩散使高爛合 金形成简单的组织结构和极其优异的性能。近年來，国内外学者对高炳合金的 这些有趣组织特征和优异性能进行了广泛的研究。1.2高爛合金

2、研究现状口前，国内外研究的热点主要集屮于合金化元素对高爛合金的组织和性能的 影响。刘源等人对alxcocrcufeni系合金体系的磨损性能进行了研究，结果表 明，该合金体心立方（bcc）相的体积分数和硬度值随着a1元素含量的增加而 逐渐增大，而合金的摩擦系数反而会随着ai元素含量的增加减小，同时耐磨机 制也随a1含量的变化发生了改变，由原来的剥层磨损转变为氧化磨损。付华萌，张海峰等人对alcocrfcni系列合金添加si和mo合金元素进行了 研究卩。结果表明，alcocrfenisix合金在室温下呈现bcc结构，ft si的加 入使合金形成纳米级结构，由于过量的si导致在晶界析出8相以及si元

3、索固溶 强化和纳米级结构单元的沉积强化等一系列缘由，能使合金由塑性断裂转变为脆 性断裂，随着mo含量的增加屈服强度由1051 mpa增加到2757mpa；压缩断裂 强度由 2280mpa 到 3036mpa。李建忠，张志对feconicuxal进行了研究，结果表明，此合金体系容易形 成简单fcc结构和bcc结构的固溶体,cu含量增加会促进fcc固溶体的形成。 cu的含量的变化对合金硕度的影响较大。随着cu含量的增加，合金的硕度显著 降低，硬度的高低主耍取决于显微组织形态和体系中bcc固溶体的含量的多少。李安敏，张喜燕对alcrcufeni高爛合金的组织与硕度进行了研究，结果 表明alcrcuf

4、eni高炳合金具有面心立方和体心立方结构，合金铸态组织是典型 的树枝晶，珞偏聚于晶内而铜偏聚于枝晶间。alcrcufeni高爛合金具有高硬度 与耐冋火软化特性，铸态硕度为hv90, 600°c退火后硬度还维持在hv420o高爛 合金的铸态组织比较稳定。李安敏，张喜燕研究了 ci对alcrcufeni高爛合金的影响刃，结果表明，合 金的铸态组织是典型的树枝晶，alcrcufeni高炳合金具有面心立方(fcc)和体 心立方结构(bcc)； aicrcufeni(cr =0.5, 1.0)的硬度随含ci量的增加而增加， alcrcufeni的硬度降低，alcr2.0cufeni的硬度又冋升

5、。张勇等对cocrcufcnitix合金进行了一系列研究何。在cocrcufcnitix合 金屮，铸态cocrcufeni和cocrcufeniti05合金形成单一的fcc固溶体。而 cocrcufenitio.s合金和cocrcufeniti基本上是初始的fcc固溶体、共晶fcc 相和fc2ti类型的laves相组成。合金的屈服强度随ti含量的增加，由230mpa 增加到1272mpa在所冇合金屮cocrcufenitio.5合金展现了高达1650mpa抗压 强度、广泛的塑性应变硕化和22%的弹性应变上限。yu-jui hsu等人对alcocrcuni合金体系的组织性能进行了研究，结果表 明

6、，该合金中包含bcc + fcc两相而11合金呈现典型的枝晶结构。yu-jui hsu等人研究了 feconicrcux高爛合金在3.5 %的nacl溶液中的腐蚀 性能2。结果表明：合金在3.5%的nacl溶液中随着cu含量的增加局部腐蚀倾 向加重，这是由于合金中铜贫化区和铜富集区形成活跃的原电池致使枝晶间区域 优先被腐蚀。varalakshmi等人采用机械合金化方法制备了等摩尔比二元至六元 alfeticrzncu纳米固溶体合金，这些合金可以形成品粒尺寸为10nm左右的 体心立方纳米结构相，经800°c的高温退火lh后仍然非常稳定，在高温烧结的 条件下该合金固溶体具冇很高的致密度和

7、硬度。另外，通过机械合金化制备的 tinifecrcomnw、cunicoznal高爛合金也具有相似的纳米结构固溶体相，具 有相似的特性。cantor等人对fecrmnnico高爛合金进行了研究，结果表明，在 fecrmnnico合金体系屮合金在经过熔铸和熔纺形成含有十六到二十种组元等 比例的结晶脆性多元相。五组元的fe2ocr2omn2oni2oco2o的合金形成单一面心比 方固溶体，在大范围内具有六种到九种组元最近过渡贵金属元素的合金能够形成 原始的面心立方枝晶结构相，而且可以溶解大量的nb、ti、v等。电负性差较 大的cu和ge元素由于在枝晶区不能形成稳定的原始面心立方相而被排斥到枝 晶

8、间。此时高爛效应失去作用，可见高爛效应的应用也需要一定的条件。1. 3高爛合金应用前景高爛合金通过适当的成分设计可以获得许多优异的性能，其潜在的应用前景 十分广泛。在合金屮加入bcc强化元素al、cr. mo等，可以获得高强耐磨耐 高温的性能，可应用于耐磨耐高温的工具、模具和刃具方面；采用激光熔覆、热 喷涂、磁控溅射等技术可在工件表而制备高埔合金硕质涂层，可冇效捉高工件的 使用寿命；在合金屮加入磁性材料或导电性好的元素，可以获得具冇优异电学、 磁学性能的合金,在高频变压器、马达的齐种磁性器件方而具有一定的应用潜力; 在合金屮加入耐蚀性元素cr、ni、mo、nb等元素，可冇效捉高合金的耐蚀性 能

9、，并在工厂、轮船、舰艇的耐蚀高强度材料方而极具应用潜力。1.4高爛合金存在的问题尽管高嫡合金越来越引起人们的注意，并在许多方面进行了系统的而研究， 但其理论和实验成果仍然不足，还存在很多方面的问题：（1）合金成分设计缺少理论依据。由于高爛合金是由五种合金融合在一起的, 所以，材料的选择是关键。选取何种金属，需要认真的选择，而冃前关于元素的 选择还是停留在调鸡尾酒式的方法。选取五种以上合金通过，烧结，熔炼，粉末 冶金等其他方法来制取。这种方法的缺点就是肓目性太大，没有系统的规范，可 能实验的结果并不能太如人意。所以，要是在这方面能有规范的元素选择方法， 会对高爛合金的研究产生质的飞跃。另外，冃前

10、的高爛合金的研究主耍是在副族 元素里选择，比如：鎳，铁等等。这样的合金比重很大，耍是能突破合金主要在 副族选择的局限，向非金属方向和轻型合金方面倾向，这样就能保证优异性能的 前提下使合金轻型化。（2）合金强化机理尚缺深入研究。高爛合金元素组元众多，合金相图模拟 十分困难，目前己有研究将合金化元素归类再探讨不同类元素间的合金化规律， 并模拟出伪二元相图，在此方面，仍需大量研究以确定合金化元素对合金相变规 律的影响。另外，元素对合金组织与性能的影响是非常明显的，目前的研究主耍 集中在单一元素对合金微观组织与力学性能方面的影响，而元素间相互作用对合 金造成的影响的研究相对较少，其合金强化机理仍欠探讨

11、。（3）高爛合金应用性研究仍然匮乏。目前高爛合金的研究多集中于实验室 的基础性理论研究，如某一合金体系的组织特征和性能演变规律，对其应用性研 究十分缺乏。后续的工作将在而期研究基础上，向实用性研究转变，如高强耐磨 合金、耐蚀合金、功能涂层等。15本课题研究内容及意义材料的腐蚀-直是威胁工程构件使用寿命的关键因素，研究和开发新型高强 耐腐蚀材料是科研工作者的重要工作z-o近海工业如船舶、舰艇和深海油井等 长期在盐水或盐雾环境中工作，不仅要承受载荷的应力作用，i佃冃耍承受氯离子 的孔蚀作用。因此，开发新型高强耐盐蚀合金材料对于近海工程材料的可靠性貝 有重要的意义。基丁传统不锈钢和镰基耐蚀合金的成分

12、特征，木课题选用耐蚀性 合金化元素ni、cr. mo、nb和廉价金属cu、fe,在真空电弧熔炼炉中制备多 主元cr cufemoninb高炳合金，通过浸入腐蚀研究cr v cufemoninb (x = 1, 2, 3, mol)合金在0.5% nacl溶液中的耐盐蚀性能，并与耐蚀不锈钢和鎳基合 金相比较，探讨高爛合金的耐蚀机理。本课题的研究将为高爛合金的实用化奠定 理论和实验基础。参考文献1 刘源，李言祥，陈祥，等.多主元高爛合金研究进展j.材料导报，2006, 2(4)： 1-6.2 叶均蔚，陈瑞凯，刘树均.高爛合金的发展概况j 工业材料杂志,2005(224): 71-79.3 阳隽觎，

13、周云军，张勇，等.无基元高混合爛合金形成固溶体结构三原则中国材料 科技与设备,2007, 10(5)： 61-63.4 刘源，陈敏,李言祥，等.alcocrcufeni多主元高爛合金的微观结构和力学性能. 稀有金属材料与工程,2009, 9： 38-9.5 h. m. fu, h. f. zhang, j. m . zhu,a. m. wang, h. li, z. q. hu. synthesis and properties of multiprincipal component alcocrfenisix alloys,mater.sci.eng.a,2010.6 h. m. fu, h

14、. f. zhang, j. m . zhu,a. m. wang, h. li,乙 q. hu. microstmctures and compressive properties of multicompone nt alcocrfenimox alloys. matesei. eng.a, 2010.7 李建忠,张志.多主元高爛合金feconicuxal微观组织结构和性能.中国材料科技与 设备,2008:6.8 李安敏，张喜燕.alcrcufeni高爛合金的纟fl织与硬度研究.广西人学学报(自然科学 版),2008,6:33-2.9 李安敏,张喜燕.cr对alcrcufeni高爛合金组织

15、与硬度的影响有色金属,2009, 11：61-410 张勇，王艳丽等.多组元alx(tivcrmnfcconicu)l00-x高爛合金系微观组织研j.稀 有金属材料与工程,2007, 36(12) : 2136-2139.11 y. j. hsu, u. d. hung, j. w. yeh, s. k. chen, y. s. huang, c. c. yang. alloying behavior of iron gold and silver in alcocrcuni-based equimolar high-entropy alloys. mater. sci. eng. a, 20

16、07, 460-461:403-408.12 y. j. hsu, w. c. chiang, j. k. wu. corrosion behavior of feconicrcux high-entropy alloys in 3.5% sodium chloride solution. materials chemistry and physics, 2005, 92(1): 112-117.13 s. varalakshmi, m. kamaraj, b. s. murty. synthesis and characterization of nanocrystalline alfeticrzncu high entropy solid solution by mechanical alloying. journal of alloys and compounds, 2007, 5: 104-108.14 b. canto