CrCoNi系多主元高熵合金的组织结构、力学与摩擦学性能

发布时间：2020-11-10 12:56

　　 多主元高熵合金因其简单的相组成与优异的力学性能近年来受到了材料学界的广泛关注。但单相高熵合金,特别是单一面心立方结构的高熵合金仍存在屈服强度低、耐磨性差等缺点,难以满足实际工程应用的需求。基于此,本文以面心立方结构的CrCoNi合金为基础,通过添加Mo元素的方式来改善其屈服强度与耐磨性。系统地考察了Mo含量对CrCoNiMo_x(x=0,0.25,0.5,0.75和1.0)高熵合金组织结构、力学与摩擦学性能的影响。重点研究了CrCoNi Mo_(0.5)高熵合金在不同温度下的摩擦学性能,讨论了其高温摩擦磨损机理。初步阐述了高熵合金的高温氧化及其对高温摩擦磨损行为的作用机制。取得如下的主要成果与结论:1.采用放电等离子烧结技术制备的CrCoNi Mo_x高熵合金组织均匀、致密度高。随着Mo含量的增加,合金的硬度与屈服强度明显提高,但塑性变差,其断裂韧性值先增大后减小,这主要与Mo原子的固溶强化与脆硬金属间化合物的形成有关。当x≤0.5时,合金的耐磨性与硬度值呈正相关;当x0.5时,合金耐磨性的提升不再明显。随着Mo含量的增加,合金的磨损机制由磨粒磨损向黏着磨损和脆性脱落逐渐转变。2.CrCoNiMo_(0.5)合金具有良好的抗高温软化性能,800 ~o C时其硬度值仍可达365 HV,是CrCoFeNi高熵合金的1.9倍和316L不锈钢的2.7倍。这主要与高熵合金严重的晶格畸变、Mo原子强烈的固溶强化作用以及金属间化合物的形成有关。在200~400 ~o C的温度范围内,CrCoNiMo_(0.5)/Si_3N_4摩擦副的摩擦系数较高,磨损率较大,磨粒磨损与黏着磨损是合金的主要磨损机制,合金的高温软化是摩擦系数与磨损率变化的主要原因。随着温度的进一步升高,摩擦系数减少,磨损率降低,氧化磨损逐渐成为合金的主要磨损机制。800 ~o C时摩擦副的摩擦系数约为0.34,合金磨损率仅为1.14×10~-66 mm~3·N~(-1)·m~(-1)。3.Cr元素的含量对CrCoNi合金的抗高温氧化性能起主导作用,其在800 ~o C下的氧化增重速率明显低于常规的Ni20Cr合金,而与其Cr含量相等的Ni Cr_(33.4)合金相当。高温条件下,CrCoNi合金的磨痕表面会形成一层具有减摩抗磨作用的氧化膜。800 ~o C摩擦实验后,磨痕外的氧化产物只有Cr_2O_3,而在磨痕内除Cr_2O_3外,还存在Ni Cr_2O_4和Co Cr_2O_4。这是因为合金的高温摩擦过程是一个化学氧化和机械磨损的动态耦合过程,二者既相互作用又相互影响。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 高熵合金概念的提出与发展
    1.2 高熵合金的性能特点
        1.2.1 组织结构
        1.2.2 力学性能
        1.2.3 摩擦学性能
        1.2.4 抗氧化性能
        1.2.5 其它性能
    1.3 高熵合金的制备
    1.4 高熵合金的应用前景
    1.5 课题研究内容及意义
第2章 样品制备与实验方法
    2.1 实验材料
    2.2 样品制备
    2.3 性能测试
        2.3.1 力学性能测试
        2.3.2 摩擦磨损实验
        2.3.3 高温氧化实验
    2.4 材料分析方法
x高熵合金的组织结构与室温性能'>第3章 CrCoNiMo_x高熵合金的组织结构与室温性能
    3.1 引言
x高熵合金的组织结构'>    3.2 CrCoNiMo_x高熵合金的组织结构
        3.2.1 物相组成
        3.2.2 微观组织
x高熵合金的室温力学性能'>    3.3 CrCoNiMo_x高熵合金的室温力学性能
        3.3.1 致密度与硬度
        3.3.2 压缩性能
        3.3.3 断裂韧性
x高熵合金的室温摩擦磨损性能'>    3.4 CrCoNiMo_x高熵合金的室温摩擦磨损性能
        3.4.1 摩擦系数与磨损率
        3.4.2 磨损机理
    3.5 本章小结
0.5高熵合金的高温摩擦学性能'>第4章 CrCoNiMo_0.5高熵合金的高温摩擦学性能
    4.1 引言
0.5高熵合金的高温硬度'>    4.2 CrCoNiMo_0.5高熵合金的高温硬度
    4.3 低真空加热条件下高熵合金的表面形貌变化
0.5高熵合金的高温摩擦磨损性能'>    4.4 CrCoNiMo_0.5高熵合金的高温摩擦磨损性能
        4.4.1 摩擦系数
        4.4.2 磨损率
        4.4.3 磨损机理
    4.5 本章小结
第5章 CrCoNi高熵合金的高温氧化与高温摩擦学性能
    5.1 引言
    5.2 热力学计算
    5.3 CrCoNi高熵合金的高温氧化性能
        5.3.1 氧化动力学曲线
        5.3.2 氧化层的物相组成与微观形貌
    5.4 CrCoNi高熵合金的高温摩擦磨损性能
        5.4.1 摩擦系数
        5.4.2 磨损率
        5.4.3 磨损机理
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
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1 苗军伟;CrCoNi系多主元高熵合金的组织结构、力学与摩擦学性能[D];兰州理工大学;2018年

本文编号：2877953