Page 54 - 《摩擦学学报》2021年第2期

第 2 期 郭志明, 等: Si掺杂对NbTaWMo难熔高熵合金的高温摩擦学性能的影响 199

(a) (b)

50 μm 50 μm

Fig. 1 Microstructure of NbTaWMo (a) and NbTaWMoSi 0.25 (b) refractory high entropy alloys
图 1 NbTaWMo(a)和NaTaWMoSi 0.25 (b)难熔高熵合金的显微组织

[24]
相在高温下的强度较高 . 熔高熵合金，尤其在高温阶段. 如图4所示为NbTaWMo

2.2 高温摩擦学性能 和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金分别在25和800 ℃
为对比掺杂Si元素后难熔高熵合金的摩擦学性 磨痕的三维形貌图，可以看到NbTaWMoSi 0.25 难熔高

能，NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金在不同 熵合金的磨痕宽度和深度较NbTaWMo难熔高熵合金
温度下的平均摩擦系数和磨损率如图2所示. 从图2中 明显变小. NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金耐磨性的提
可以看到，掺杂Si元素后，难熔高熵合金摩擦系数没 高主要是由于引入的硅化物相对合金起到强化作用.
有得到明显改善，在不同温度下的变化趋势相似，但 对于塑性和韧性较差的材料，根据Wayne和Buljand
[25]
耐磨性明显提高，尤其在高温条件下. 的研究可知，材料的磨损率与其硬度呈负相关性 .
图3给出了NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵 NbTaWMoSi 0.25 难 熔 高 熵 合 金 的 高 温 硬 度 高 于
[23]
合金分别在25和800 ℃下典型的摩擦系数曲线. 在25 ℃ NbTaWMo难熔高熵合金 ，因此NbTaWMoSi 0.25 难熔
下，NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金的摩擦 高熵合金在不同温度下的耐磨性要优于NbTaWMo
系数起伏较大，但在一稳定值附近波动. 在800 ℃下， 难熔高熵合金.

两种高熵合金的摩擦系数均有所下降，NbTaWMo难 2.3 摩擦磨损机理
熔高熵合金的摩擦系数曲线较为平滑稳定. 同时发 图5和图6分别给出了NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25
现，在NbTaWMo高熵合金中掺杂Si元素后，其在不同 难熔高熵合金在不同温度下磨痕形貌的SEM照片. 如
温度下摩擦系数没有得到明显改善. 图5所示，在25和200 ℃时，NbTaWMo难熔高熵合金
如图2(b)所示，掺杂Si元素后，NbTaWMoSi 0.25 难熔 磨痕表面有大量的细小磨屑堆积，而在400 ℃可以看
高熵合金在不同温度下的磨损率均低于NbTaWMo难 到粗大的磨屑堆积，这主要是由于对偶氮化硅球对合

1.2 100
(a) NbTaWMo (b) NbTaWMo
90
1.0 NbTaWMoSi 0.25 80 NbTaWMoSi 0.25
70
0.8
Friction coefficient 0.6 Wear rate/[10 −5 mm 3 /(N·m)] 60
50
40
30
0.4
0.2 20
10
0
0.0
25 200 400 600 800 25 200 400 600 800
Temperature/℃ Temperature/℃

Fig. 2 Variations of friction coefficient (a) and wear rate (b) of NbTaWMo and NbTaWMoSi 0.25 refractory high
entropy alloys at elevated temperatures
图 2 NbTaWMo和NbTaWMoSi 0.25 难熔高熵合金在不同温度下的平均摩擦系数(a)和平均磨损率(b)