Page 25 - 《摩擦学学报》2021年第5期

614 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

原因. 由图4(d)可见，添加适量的Al元素能有效改善高 征. 由图5(d)可见，(CuMnNi) Al 高熵铜合金的断面
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熵铜合金的室温断裂性能，其中(CuMnNi) Al 合金的 中除明显的解理断裂特征外，晶界处还分布着较多的
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室温断裂韧性(K )高达22.5 MPa·m ，较常规铜合金 夹杂物，这些微观缺陷将直接成为微裂纹的诱发源使
IC
得到大幅提升 [17-18] . 裂纹萌生和扩展速率加快，造成其断裂韧性较低. 通
为进一步研究高熵铜合金的断裂机理，采用SEM 过对(CuMnNi) 100-x Al 系列高熵铜合金显微组织和力
x
对合金断裂韧性测试后的断口形貌进行了分析，结果 学性能的分析，发现适量Al元素的引入对(CuMnNi) 100-x Al x
如图5所示. 由图5(a)可见，CuMnNi高熵合金的断面分 系列高熵铜合金的硬度、强度和断裂性能具有显著的

布着大量的深韧窝和撕裂棱，是典型的韧性断裂特征. 提升作用，其中(CuMnNi) Al 高熵铜合金在强度、塑
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断裂过程中，高塑韧性的FCC相能够通过晶体内位错 性和韧性等方面达到平衡，具有最佳的综合力学性能.

的生成和增殖有效地吸收裂纹扩展的能量，因而使其 2.3 (CuMnNi) Al 高熵铜合金的摩擦磨损性能
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[19]
具有优异的断裂韧性 . 如图5(b)所示，(CuMnNi) Al 5 选择综合力学性能最佳的(CuMnNi) Al 高熵铜
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高熵铜合金为韧性和解理断裂的混合型断口. 断裂时 合金作为研究对象，采用往复式摩擦试验机研究了其室温
裂纹首先沿BCC晶体中能量最低的密排面延伸而发 下的摩擦磨损性能，并在相同条件下测试了常规耐磨铝
生穿晶解理 [20-21] ，最终在断面心部留下河流花样和撕 青铜C6161合金的摩擦磨损性能. 图6为(CuMnNi) Al 10
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裂棱. 由于金属材料的断裂韧性是其强度和塑性的综 高熵铜合金和C6161铝青铜的摩擦磨损性能和磨痕内
合作用，(CuMnNi) Al 高熵铜合金中Al元素的添加使 外的显微硬度. 可见，高熵铜合金的摩擦系数约为
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其强度提升的同时未对塑性造成明显恶化作用，因而 0.74，高于C6161铝青铜，但其磨损率较C6161铝青铜
断裂韧性最高. 图5(c)显示，(CuMnNi) Al 高熵铜合 更低，表现出良好的耐磨性. 摩擦试验后两种合金磨
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金的断面分布着大量平齐的断裂台阶，这是由于组织 痕的显微硬度较其基体材料均有明显提高，是由于摩
中较多的BCC相发生连续解理断裂后留下的断口特 擦循环应力和摩擦热的共同作用使接触层发生塑性

(a) (b)

BCC
FCC

50 μm 50 μm

(c) (d)

Carcks BCC
FCC

BCC
50 μm 50 μm

Fig. 5 Typical fractured surfaces of the (CuMnNi) 100-x Al x high entropy bronzes: (a) CuMnNi；(b) (CuMnNi) 95 Al 5 ; (c)
(CuMnNi) 90 Al 10 and (d) (CuMnNi) 85 Al 15
图 5 (CuMnNi) 100-x Al x 系列高熵铜合金典型的断口形貌： (a) CuMnNi; (b) (CuMnNi) 95 Al 5 ;
(c) (CuMnNi) 90 Al 10 和(d) (CuMnNi) 85 Al 15