Page 53 - 《摩擦学学报》2021年第2期

198 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

高熵合金由多种等原子比或近似等原子比的金 烧结后随炉冷却.

属元素组成 [1-3] . 高熵合金由于具有高的混合熵等因素 1.2 物相组成和显微结构表征
而形成晶体结构简单的固溶体，晶体结构一般为FCC、 NbTaWMo和NbTaWMoSi 难熔高熵合金的物
0.25
BCC、HCP相结构或多相复合结构 [4-6] . 高熵合金特有 相组成由X射线衍射仪(XRD)进行分析，显微结构采
的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒 用配有能量分散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)
效应，使其获得了优异的性能，如高强度、高硬度、抗 进行表征.

氧化、耐腐蚀和耐磨损等 [7-13] . 在高熵合金体系中，难 1.3 力学性能测试
熔高熵合金具有高强度、高硬度及高温稳定性，有望 根 据 国 标 GB/T 7 314-2005， NbTaWMo和 NbTa
代替传统高温合金应用于航空航天等领域，是一种极 WMoSi 0.25 难熔高熵合金室温下的力学性能在万能材
具发展潜力的耐高温材料 [14-16] . Senkov等采用真空电 料试验机CMT 5 205上进行测试，试样尺寸为Φ 3 mm ×
弧熔炼制备了NbTaWMo和NbTaWMoV两种难熔高 6 mm. NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金高温下的力学性
熵合金，这两种高熵合金均由单一的BCC相组成，高 能在热模拟试验机Gleeble 3 500上进行测试，试样尺

温下结构稳定，在1 400 ℃退火19 h，仍为单一的BCC 寸为Φ 8 mm × 12 mm. 试验均重复3次取平均值.

相结构，并且其高温强度要优于Inconel 718和Haynes 1.4 摩擦学性能测试
[17-18]
230 . NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金的摩
难熔高熵合金作为高温运动副材料使用时，其摩 擦磨损试验在HT-1 000型球-盘接触式高温摩擦试验
擦磨损性能直接影响材料的可靠性及使用寿命 [19-21] ， 机上进行，摩擦试样尺寸为Φ25 mm×1.5 mm，对偶球
但是目前针对难熔高熵合金的摩擦磨损性能研究较 为Φ 6mm的氮化硅球，摩擦时间30 min，载荷为5 N，
[22]
少. Poulia等 研究了室温条件下NbTaWMoV难熔高 速度为0.28 m/s，摩擦试验温度分别为25、200、400、
熵合金磨损性能. 研究表明：NbTaWMoV难熔高熵合 600和800 ℃. 摩擦试验结束后，其磨损体积利用三维

金用不锈钢和氧化铝球作为对偶球时，随着滑动距离 轮廓仪进行测试，磨痕形貌应用SEM进行分析，磨痕
的增大，合金的磨损率降低. 另外，NbTaWMoV难熔 表面的氧化物应用X射线光电子能谱(XPS)进行表征.

高熵合金具有比Inconel 718合金更高的耐磨性. 但是，
2 结果与讨论
该合金在高温下的摩擦磨损性能未进行研究.

[23]
本文作者在前期工作中 ，在NbTaWMo难熔高 2.1 显微组织和力学性能
[23]
熵合金中掺杂不同原子比的非金属元素Si，采用放电 在前期研究工作中 ，XRD分析得出NbTaWMo
等离子烧结技术，成功制备了NbTaWMoSi 系列难熔 难熔高熵合金由单一的BCC相组成，NbTaWMoSi 0.25
x
高熵合金，合金致密度高，组织均匀. 高熵合金中原位 难熔高熵合金由BCC相和硅化物两相组成. 图1所示
生成了金属间化合物硅化物相，由于硅化物具有较高 为NbTaWMo和NaTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金显微组
的比强度和高温强度，从而有利于提高合金的硬度和 织的SEM背散射电子像. 从图1显微组织可看到，
强度. 其中，NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金具有最佳的 NbTaWMo和NaTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金显微组织
塑韧性和高温强度等性能. 在此基础上，本文中重点 均匀致密，NbTaWMo难熔高熵合金呈单一的BCC相
对比了NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 两种难熔高熵合 结构，而NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金呈两种不同的
金从25 ℃到800 ℃的摩擦学性能，并深入分析了其摩 相结构，其中黑色的相为硅化物相Nb Si 和Ta Si ，灰
3
5
5
3
擦磨损机理，为其在高温工况中的应用提供了理论 色的相为基体BCC相，硅化物相均匀分布在基体
基础. BCC相中. 随着Si元素的引入，NbTaWMoSi 0.25 难熔高

熵合金的室温屈服强度显著提高，屈服强度从NbTaWMo
1 试验部分
难熔高熵合金的1 217 MPa提高到1 826 MPa，同时断

1.1 试样制备 裂应变从3.8%提高到10.5%. NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵
NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金由质 合金强度的提高主要由于基体BCC相的固溶强化和
[24]
量分数为99.9%的Nb、Ta、W、Mo和Si粉末混合均匀在 硅化物的第二相强化作用 . NbTaWMoSi 0.25 难熔高
石墨模具中采用放电等离子烧结技术制备而成，烧结 熵合金在1 200 ℃下屈服强度高达926 MPa，断裂应变
温度为1 700 ℃，保温时间为20 min，烧结压力为30 MPa， 达到13.11%，这主要由于基体BCC相和硅化物Nb Si 3
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