Page 134 - 《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 919

(a) (b) (c)

100 μm 100 μm 100 μm

Fig. 7 Fracture morphology of CoCrFeMoNiC x medium-entropy alloys: (a) C 0 , (b) C 3 and (c) C 5
图 7 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的断口形貌：(a) C 0 ，(b) C 3 和(c) C 5

大量的韧窝状形貌组成. 在塑性应变作用下，堆积在 的磨损率降低了79%，表现出较好的耐磨性.
裂纹尖端的位错形成的微空洞生长、合并，形成大量 为了进一步研究CoCrFeMoNiC 中熵合金室温下
x
的韧窝，并且微空洞在聚合时消耗了大量的能量，阻 的磨损机制，采用非接触式表面三维轮廓仪、SEM和
止了脆性断裂的发生，使C 合金表现出较大的断裂韧 EDS分析了磨损后的表面形貌. 图9为CoCrFeMoNiC x
5
性 [19] . 通过对CoCrFeMoNiC 中熵合金的研究发现， 中熵合金磨痕的三维形貌. C 合金磨痕比较光滑，深
0
x
C含量的增加引起的间隙固溶强化和条状碳化物析出 度和宽度均较大，并且磨痕边缘有材料因塑性变形而
产生的第二相强化提高了合金的强度，同时C元素的 造成的堆积. 这是因为摩擦过程中高硬度的配副
添加改善了晶界的结合强度，因此使合金表现出较高 Si N 球(硬度高于1 600 HV)表面的微凸体对强度和硬
3
4
的硬度、强度和断裂韧性. 度较低的C 合金表面具有强烈的犁削作用，造成其磨
0

[20]
2.3 摩擦磨损性能 损较大 . 另一方面，法向载荷作用于C 合金表面后
0
C的添加及其含量的变化对CoCrFeMoNiC 中熵 会产生一定的塑性变形，将材料沿磨痕两侧挤出，造
x
[21]
合金室温下的摩擦学性能的影响规律如图8所示. 图8(a) 成磨痕边缘处材料的堆积 . 随着C含量的增加，固溶
为CoCrFeMoNiC 中熵合金室温下的平均摩擦系数随 强化和碳化物析出强化使合金的强度和硬度提高，对
x
C含量变化的关系. 合金的平均摩擦系数保持在0.58~ 偶Si N 球对其难以犁削，磨粒磨损作用降低，因此合
3
4
0.71之间，随着C含量的增加，摩擦系数没有出现显著 金的耐磨性随着C含量的提高而显著改善. 由于
的变化. CoCrFeMoNiC 中熵合金的磨损率如图8(b)所 Si N 球的反复碾压作用，合金磨痕表面材料发生疲
x
3
4
−5
3
示. C 合金平均磨损率为4.6×10 mm /(N·m)，随着 劳，形成疲劳裂纹，反复摩擦后造成材料的疲劳剥落，
0
[22]
C含量的增加，合金的磨损率显著降低，且磨损率均保 在合金表面形成大量的微凹坑 . 因此，由图9可见，
−5
3
持在10 mm /(N·m)量级以下. C 合金的磨损率最低， 随着C含量的提高，在合金表面磨痕处可见凹坑不断
5
−5
其值为0.95 × 10 mm /(N·m). 相较于C 合金，C 合金 增多.
3
5
0
1.0 6
(a) 5 (b)
Average friction coefficient 0.6 Wear rate/[10 −5 mm 3 (Nm)] 4 3 2
0.8
0.4
0.2
0 1 0
C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
Sample Sample

Fig. 8 (a) The variation of average friction coefficient and (b) wear rate with different carbon content of
CoCrFeMoNiC x medium-entropy alloys
图 8 CoCrFeMoNiC x 中熵合金的(a)平均摩擦系数和(b)磨损率随碳含量的变化曲线