Page 130 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 马文林, 等: CoCrFeMoNiC x 中熵合金的组织及其力学和摩擦学性能 915

和摩擦学性能的研究将为该合金后续在机械装备领 显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行形貌和成分分析.
域的应用提供必要的数据支撑. 在THBRVP-187.5E型数显布洛维硬度计上测试

样品的洛氏硬度. 应用CMT5205型万能试验机测试样
1 试验部分
品的压缩力学性能和断裂韧性. 压缩性能测试样品尺
CoCrFeMoNiC (x=0、1、2、3、4和5)系列中熵合金 寸为φ3 mm×6 mm，压头移动速率为0.1 mm/min. 断裂
x
的成分设计和名称缩写列于表1中. Fe元素的质量分 韧性试验采用单边切口样品，其尺寸为24 mm×5 mm×
数控制在60%以上，Co、Cr、Ni和Mo的质量分数控制 2.5 mm，切口深度为2.5 mm，加载速率为0.05 mm/min.
在40%以内. 由于过高的Mo元素会促进σ相和μ相等脆 摩擦磨损性能试验在HT-1 000型高温摩擦磨损试
性相的形成，将Mo元素的质量分数控制在5%以下. 通 验机上进行，采用球-盘式接触，样品盘尺寸为φ25 mm×
过改变C元素的含量，重点研究C元素的添加及其含 2 mm，配副为φ6 mm的Si N 球. 试验载荷10 N，滑动
3
4
量对CoCrFeMoNiC 系列中熵合金显微组织、力学性 线速度0.3 m/s，滑动时间30 min，滑动距离为500 m. 利
x
能和摩擦学性能的影响. 用SEM配备的能谱分析仪(EDS)分析磨痕元素组成.
采用MicroXAM-800型非接触式三维轮廓仪确定磨损
表 1 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的成分设计和名称缩写
三维形貌及其磨损率.

Table 1 The composition design and abbreviation of the
CoCrFeMoNiC x medium-entropy alloys
2 结果与讨论
Abbreviation Composition
2.1 合金的显微组织
C 0 Co 10 Cr 5 Fe 72 Mo 3 Ni 10
图1(a)所示为CoCrFeMoNiC 中熵合金的XRD谱
C 1 Co 10 Cr 5 Fe 71 Mo 3 Ni 10 C 1
x
C 2 Co 10 Cr 5 Fe 70 Mo 3 Ni 10 C 2
图. 从图1(a)中可以看出，CoCrFeMoNiC 中熵合金主
x
C 3 Co 10 Cr 5 Fe 69 Mo 3 Ni 10 C 3
要由BCC相构成. 在高混合熵的作用下，各元素间随
C 4 Co 10 Cr 5 Fe 69 Mo 3 Ni 10 C 4
机互溶，抑制了大量的金属间化合物产生，并且较高
C 5 Co 10 Cr 5 Fe 68 Mo 3 Ni 10 C 5
的 混 合 熵 降 低 了 整 个 体 系 的 吉 布 斯 自 由 能 ， 为
在本文中采用质量分数高于99.95%的钴、铬、铁、 CoCrFeMoNiC 中熵合金BCC固溶体的形成提供了有
x
钼、镍和石墨粉末为原料，利用行星式球磨机混合5 h， 利条件 . 没有出现明显的碳化物衍射峰，说明C主要
[3]
将混合粉末置于高纯氧化铝坩埚中，在真空感应熔炼 以间隙固溶的形式存在，具有强烈的固溶强化作用.
炉中进行熔炼. 熔炼温度为1 800 ℃，熔炼时间20 min 图1(b)所示为{110} BCC 特征衍射峰的放大图. 可以发
以上，以保证其均匀性. 熔炼完成后随炉冷却，获得合 现，特征衍射峰的位置随C含量的增加向小角度方向
金锭. 偏移. 图1(c)所示为合金BCC相的晶格常数随C含量的
用PANalytical型X射线衍射仪(XRD)进行物相组 变化规律. C质量分数从0增至5%时，BCC相的晶格常
[12]
成分析，利用外推法从XRD数据中确定晶格常数 . 数从2.871 2 Å增至2.880 1 Å，进一步证明C固溶于
采用硝酸酒精溶液腐蚀样品表面后，用光学显微镜观 BCC晶格间隙中. 原子半径较小的C能够以间隙固溶
察合金的金相组织. 借助于JSM-5600LV型扫描电子 形式存在于BCC结构的八面体间隙中，增大合金的晶

2.890
(a) BCC (b) (110) BCC (c) BCC
(110) (200) (211) (220) C 5 2.885
Intensity/a.u. C 5 Intensity/a.u. C 4 Lattice parameters/Å 2.875
2.880
C 4
C 3
C 3
C 2
C 2
C 1 2.870 y=2.871 06+0.008 69x
C 1
C 0 2.865
C 0
2.860
20 40 60 80 100 44.2 44.4 44.6 44.8 45.0 C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
2θ/(°) 2θ/(°) Sample

Fig. 1 (a) XRD patterns of CoCrFeMoNiC x medium-entropy alloys, (b) magnified of {110} BCC peak and (c) lattice
parameters of BCC phase with different C content
图 1 (a)CoCrFeMoNiC x 中熵合金的XRD谱图，(b){110} BCC 衍射峰的放大图和(c)BCC相的晶格常数随C含量变化的关系