合金化和气体渗氮对高熵合金微观结构和腐蚀性能影响的研究

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基于含氮奥氏体不锈钢和高熵合金在结构和性能上各自的特点,本文以FCC结构的 CoCrxFeMnNi(x=0-2)、CoCrFeMnMoxNi(x=0-1)高熵合金为研究对象,通过电弧熔炼法制备母合金,并用气体渗氮技术制备含氮高熵合金。系统研究了渗氮时间,不同 Cr、Mo含量对合金组织结构和性能的影响规律。主要研究结果如下:  铸态 CoCrxFeMnNi高熵合金的组织为简单 FCC型固溶体单相组织,合金微观组织形貌呈典型的粗大树枝晶;随 Cr含量增加,FCC型固溶体相的晶胞体积逐渐减小,此时树枝晶间 Cr元素偏析增加。对 CoCrFeMnMoxNi高熵合金,当x≤0.3时,其铸态组织为简单 FCC型固溶体单相组织,当 x>0.3时,合金组织在 FCC型固溶体基体中析出形成富 Cr和富 Mo的σ相,且随着 Mo含量增加,σ相含量增加,当≥1时,则出现 Mo单质相。对于 CoCrFeMnNi合金以及CoCrFeMnMo0.1Ni合金,气体渗氮2.5-10h后均为简单 FCC固溶体,渗氮时间为24h时,合金中析出氮化物。  对于 CoCrxFeMnNi高熵合金,其显微硬度值较小(119HV~217HV),随 Cr含量的增加,合金显微组织硬度呈逐渐增大趋势。与合金 CoCrxFeMnNi相比较,高熵合金 CoCrFeMnMoxNi的显微组织硬度明显提高,随着 Mo含量的增加,其组织硬度从154HV逐步增加至321HV。随气体渗氮时间的延长,CoCrFeMnNi合金和CoCrFeMnMo0.1Ni合金的显微硬度逐渐提高。  电化学腐蚀极化测试,EIS和SEM表明,1M H2SO4、1M NaOH及3.5%NaCl三中腐蚀介质中,CoCrxFeMnNi合金系中CoCrFeMnNi合金具有最优的耐均匀腐蚀及点蚀性能。而 CoCrFeMnMoxNi合金系中,CoCrFeMnMo0.3Ni合金的耐腐蚀性能最好,尤其是耐点蚀性能。含氮高熵合金 CoCrFeMnNi和CoCrFeMnMo0.1Ni的耐腐蚀性能明显优于其铸态。总而言之,高熵合金抗腐蚀性能优于304不锈钢,而渗氮合金的耐腐蚀性能有明显优于铸态合金。
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