高溫合金是航空航天、能源等領域的高端裝備核心熱部件的關鍵材料。多年來,研究人員通過微合金化和先進制造工藝等方法,不斷提升傳統(tǒng)高溫合金的性能,但由于受到合金主元的熔點限制,當前先進高溫合金的性能已接近其極限。自2004年以來,高熵合金作為一種新型的合金體系表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能,得到了廣泛關注。高熵合金包含多種主元,在性能上的雞尾酒效應可以融合各個主元的特點,突破了單一主元對合金性能的限制。隨著對材料性能需求的不斷提高,高熵合金也不僅限于單相固溶體,近年來也開發(fā)了大量第二相強化的高熵合金。其中,高熵高溫合金結合了高熵合金多主元設計思想和傳統(tǒng)高溫合金共格析出的結構特點,表現(xiàn)出穩(wěn)定的FCC/L12相結構和優(yōu)異的高溫性能,為新型高溫結構材料的開發(fā)提供了希望。然而,高熵高溫合金的相形成規(guī)律缺乏可靠的理論,強化和變形機理缺乏系統(tǒng)研究。此外,高溫材料在環(huán)境中的表面穩(wěn)定性是在工程應用中衡量材料性能的重要指標,而相關研究較少。近年來,研究人員基于已有的合金設計經(jīng)驗和計算機模擬方法,開發(fā)了一系列高熵高溫合金,通過添加多種合金化元素不斷提高材料的高溫性能,研究了L12相的析出形貌和熱穩(wěn)定性、FCC/L12間的... 

【文章來源】：材料導報. 2020,34(17)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

FCC/L12雙相和多相高熵高溫合金的(a)VEC-δ和 (b) Bo ˉ - Μd ˉ 關系圖

Al2O3在900～950 ℃為γ-Al2O3,在更高溫度下生成α-Al2O3,與Cr2O3具有相同的晶體結構。與Cr2O3相比,Al2O3的氧勢要負得多,因此Al2O3比Cr2O3穩(wěn)定得多,在1 000 ℃以上具有良好的防護能力[1]。高熵高溫合金包含多種主元,既有易氧化的活潑元素Al、Cr等,又有難熔元素Nb、Mo、W等。在高溫氧化環(huán)境中, 合金元素發(fā)生選擇性氧化或加速氧化,形成更為復雜的氧化物。圖3為HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和鎳基高溫合金CM247LC分別在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲線[38]。由圖3可知,氧化增重次序為:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃時,HESA-2和CM247LC的氧化增重較為接近。通過微觀組織和成分分析可知,兩種高熵高溫合金表面都形成了多層復雜氧化物結構,如圖4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于連續(xù)的Cr2O3氧化層,而HESA-2抗氧化主要是形成連續(xù)的Al2O3氧化層,形成的連續(xù)氧化膜阻礙了元素的擴散和內氧化,因此氧化增重呈典型的拋物線型。雖然連續(xù)的Cr2O3和Al2O3氧化層可有效阻礙表層進一步氧化,但是當溫度高于950 ℃時,Cr2O3會逐漸轉變?yōu)橐讚]發(fā)的CrO3, 連續(xù)氧化層被破壞。相比之下,Al2O3在高溫下更加穩(wěn)定,這也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重緩慢的原因。由此可見,形成連續(xù)的Al2O3氧化層對阻止表面高溫氧化至關重要。

圖3為HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和鎳基高溫合金CM247LC分別在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲線[38]。由圖3可知,氧化增重次序為:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃時,HESA-2和CM247LC的氧化增重較為接近。通過微觀組織和成分分析可知,兩種高熵高溫合金表面都形成了多層復雜氧化物結構,如圖4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于連續(xù)的Cr2O3氧化層,而HESA-2抗氧化主要是形成連續(xù)的Al2O3氧化層,形成的連續(xù)氧化膜阻礙了元素的擴散和內氧化,因此氧化增重呈典型的拋物線型。雖然連續(xù)的Cr2O3和Al2O3氧化層可有效阻礙表層進一步氧化,但是當溫度高于950 ℃時,Cr2O3會逐漸轉變?yōu)橐讚]發(fā)的CrO3, 連續(xù)氧化層被破壞。相比之下,Al2O3在高溫下更加穩(wěn)定,這也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重緩慢的原因。由此可見,形成連續(xù)的Al2O3氧化層對阻止表面高溫氧化至關重要。3.2 高溫熱腐蝕

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高熵合金抗氧化性能研究現(xiàn)狀及展望[J]. 楊曉萌,安子冰,陳艷輝.  材料導報. 2019(S2)
[2]高熵合金中的第二相強韌化[J]. 溫曉燦,張凡,雷智鋒,吳淵,劉雄軍,王輝,呂昭平.  中國材料進展. 2019(03)



本文編號：3346165