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高熵合金复合结构设计及摩擦磨损性能研究

高熵合金,摩擦学,复合材料

高熵合金复合结构设计及摩擦磨损性能研究

周青、杜银、任越、华东鹏、罗大微、王海丰

西北工业大学 凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心，陕西 西安 710072

E-mail: zhouqing@nwpu.edu.cn; Tel: 13649204790

摘要：高熵合金由于其新颖的结构而具有高强、高韧、耐腐蚀等优异的综合性能而受到广泛关注，追求材料服役过程中的高耐磨性和低摩擦系数是摩擦学领域的长期目标。基于此发展了高熵合金结构设计理论，设计制备了系列高熵合金（CoCrNiHf_x、TiZrHfNbAl_x）、高熵非晶（TiZrHfCuBe）及其复合材料。通过对压入过程中热激活参量和动力学特征的定量测定，揭示了高熵合金/非晶的主导塑性变形机理[1-3]。通过对第二相结构、尺寸及性能的调控显著优化了材料的硬度和耐磨性[4]。相比于单相结构，高熵合金中均匀分布的双相共晶组织可一定程度上减小摩擦系数，提高耐磨性[5]。通过成分调控实现了CoCrNiNb_x共晶高熵合金的设计与制备。在一定范围内，随着Nb元素含量的增多，FCC相与Laves相组成的层状共晶组织规模变大。相较单相高熵合金，CoCrNiNb_x的硬度有了明显的提高，同时摩擦在材料表面产生的刮痕以及磨屑堆集均有明显的减弱。这为提高FCC结构高熵合金的耐磨性能提供了重要的设计思路与理论支撑。以上在高熵中的复合结构设计策略使合金的摩擦磨损性能得到显著提高并进一步拓宽了其应用领域。

1. Qing Zhou, Yin Du, Weichao Han, Haifeng Wang. Identifying the high entropy effect on plastic dynamics in bulk metallic glasses: A nanoindentation study at room and elevated temperatures. Materials & Design 189 (2020) 108500.


2. Qing Zhou, Yin Du, Qian Jia, Weichao Han, Xiaoxing Zhao, Yuyu Deng, Haifeng Wang. A nanoindentation study of Ti-based high entropy bulk metallic glasses at elevated temperatures. Journal of Non-Crystalline Solids 532 (2020) 119878.


3. Yin Du, Qing Zhou, Haifeng Wang. High-Entropy Alloys: Bulk Metallic Glasses. Encyclopedia of Materials: Metals and Alloys, (2020), doi.org/10.1016/B978-0-12-819726-4.00025-9.


4. Vipul Bhardwaj, Qing Zhou, Fan Zhang, Weichao Han, Yin Du, Ke Hua, Haifeng Wang. Effect of Al addition on the microstructure, mechanical and wear properties of TiZrNbHf refractory high entropy alloys. Tribology International (2021) 107031.


5. Yin Du, Xuhui Pei, Zhaowu Tang, Fan Zhang, Qing Zhou, Haifeng Wang, Weimin Liu. Mechanical and tribological performance of CoCrNiHf x eutectic medium-entropy alloys. Journal of Materials Science & Technology. Accepted.