难熔高熵合金NbMoTaWTi/Zr的高温氧化行为

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000917

摘要
图/表
参考文献
相关文章
Metrics

全文: PDF(23447 KB)

HTML ( 1 )
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要

采用真空电弧熔炼法制备NbMoTaWTi和NbMoTaWZr难熔高熵合金，分析合金组织结构与元素分布，研究两种合金从室温到1500℃的动态氧化行为以及1200℃的恒温氧化行为。结果表明：NbMoTaWTi合金主要由单一BCC固溶体相组成，而NbMoTaWZr合金则由BCC固溶体和富Zr相两相组成。两种合金在700℃以上温度均发生了剧烈的氧化反应。相比较而言，NbMoTaWTi合金在1300℃以下的抗氧化能力优于NbMoTaWZr合金。两种合金在1200℃恒温氧化时都以氧向内扩散为主，氧化3 h后均发生了严重氧化。Ti和Zr的添加均未发生选择性氧化现象，虽然与其他难熔金属氧化物形成复合氧化物层，但其致密度不够，阻止氧化能力不足。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	王鑫
	万义兴
	张平
	单彩霞
	谢莹莹
	梁秀兵

关键词 ：难熔高熵合金, 组织结构, 高温氧化行为, 氧化产物

Abstract：

Refractory high entropy alloys NbMoTaWTi and NbMoTaWZr were prepared by vacuum arc melting.The microstructure and component distribution characteristics were analyzed, and the dynamic behavior during room temperature to 1500℃, as well as the isothermal oxidation behavior at 1200℃ were studied. Results reveal that NbMoTaWTi mainly consists of single body-centred cubic (BCC) phase, and NbMoTaWZr is composed of BCC and Zr-rich phases.These two alloys are both seriously oxidized above 700℃. Comparatively, NbMoTaWTi alloy is superior to NbMoTaWZr in antioxidation below 1300℃.For both two alloys, the oxygen diffusion inward mainly occurs during isothermal oxidation at 1200℃ and catastrophic oxidation takes place after 3 h. The Ti and Zr addition cannot cause selective oxidation. Although these two elements form a composite oxide layer with other refractory metal oxides, the density and the ability to prevent oxidation is not enough.

Key words： refractory high entropy alloy microstructure high temperature oxidation behavior oxid-ation product

收稿日期: 2020-09-28 出版日期: 2021-12-20

中图分类号:

TG139

基金资助:国家重点研发计划项目(2018YFC1902400)

通讯作者: 梁秀兵 E-mail: liangxb_d@163.com

作者简介: 梁秀兵(1974-), 男, 研究员, 博士生导师, 主要从事新型功能材料设计与研究等相关工作, 联系地址: 北京市丰台区东大街53号院国防科技创新研究院(100071), E-mail: liangxb_d@163.com

引用本文:

王鑫, 万义兴, 张平, 单彩霞, 谢莹莹, 梁秀兵. 难熔高熵合金NbMoTaWTi/Zr的高温氧化行为[J]. 材料工程, 2021, 49(12): 100-106.
Xin WANG, Yi-xing WAN, Ping ZHANG, Cai-xia SHAN, Ying-ying XIE, Xiu-bing LIANG. High temperature oxidation behavior of refractory high entropy alloys NbMoTaWTi/Zr. Journal of Materials Engineering, 2021, 49(12): 100-106.

链接本文:

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000917 或 http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2021/V49/I12/100

Fig.1 NbMoTaWTi和NbMoTaWZr合金的XRD图谱

Fig.2 NbMoTaWTi合金背散射像及选区元素面分布图

Fig.3 NbMoTaWZr合金背散射像及选区元素面分布图

Table 1 图 2和图 3中所标示点的EDS成分分析结果

Table 2 各元素熔点与原子半径

Fig.4 NbMoTaWTi和NbMoTaWZr合金的TG曲线

Fig.5 1200 ℃时NbMoTaWTi和NbMoTaWZr合金的氧化动力学曲线

Fig.6 1200 ℃时NbMoTaWTi(1)和NbMoTaWZr(2)合金氧化后的宏观形貌
(a)5 min; (b)0.5 h; (c)3 h

Fig.7 NbMoTaWTi(a)和NbMoTaWZr(b)合金在1200 ℃氧化不同时间后的表面XRD图谱

Fig.8 NbMoTaWTi和NbMoTaWZr合金在1200 ℃氧化5 min后的横截面BSE像
(a)NbMoTaWTi; (b)NbMoTaWZr; (c)NbMoTaWZr外层；(d)NbMoTaWZr中间层

1	SENKOV O N , WILKS G B , MIRACLE D B , et al. Refractory high-entropy alloys[J]. Intermetallics, 2010, 18 (9): 1758- 1765. doi: 10.1016/j.intermet.2010.05.014
2	SENKOV O N , WILKS G B , SCOTT J M , et al. Mechanical properties of Nb₂₅Mo₂₅Ta₂₅W₂₅ and V₂₀Nb₂₀Mo₂₀Ta₂₀W₂₀ refractory high entropy alloys[J]. Intermetallics, 2011, 19 (5): 698- 706. doi: 10.1016/j.intermet.2011.01.004
3	刘张全, 乔珺威. 难熔高熵合金的研究进展[J]. 中国材料进展, 2019, 38 (8): 768- 774.
3	LIU Z Q , QIAO J W . Research progress of refractory high-entropy alloys[J]. Materials China, 2019, 38 (8): 768- 774.
4	SENKOV O N , SCOTT J M , SENKOVA S V , et al. Microstructure and room temperature properties of a high-entropy TaNb- HfZrTi alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509 (20): 6043- 6048. doi: 10.1016/j.jallcom.2011.02.171
5	WU Y D , CAI Y H , WANG T , et al. A refractory Hf₂₅Nb₂₅Ti₂₅Zr₂₅high-entropy alloy with excellent structural stability and tensile properties[J]. Materials Letters, 2014, 130 (1): 277- 280.
6	HAN Z D , CHEN N , ZHAO S F , et al. Effect of Ti additions on mechanical properties of NbMoTaW and VNbMoTaW refractory high entropy alloys[J]. Intermetallics, 2017, 84, 153- 157. doi: 10.1016/j.intermet.2017.01.007
7	TONG Y G , BAI L H , LIANG X B , et al. Influence of alloying elements on mechanical and electronic properties of NbMoTaWX (X=Cr, Zr, V, Hf and Re) refractory high entropy alloys[J]. Intermetallics, 2020, 126, 106928. doi: 10.1016/j.intermet.2020.106928
8	SENKOV O N , SENKOVA S V , WOODWARD C , et al. Low-density, refractory multiprincipal element alloys of the Cr-Nb-Ti-V-Zr system: microstructure and phase analysis[J]. Acta Materialia, 2013, 61 (5): 1545- 1557. doi: 10.1016/j.actamat.2012.11.032
9	王康, 陈宇红, 王鸿业, 等. 高熵合金Mo₂₅Nb₂₅Ta₂₅W₂₅的氧化行为[J]. 特种铸造及有色合金, 2018, 38 (6): 661- 665.
9	WANG K , CHEN Y H , WANG H Y , et al. Oxidation behavior of high entropy Mo₂₅Nb₂₅Ta₂₅W₂₅ alloy[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2018, 38 (6): 661- 665.
10	贾丽娜, 郭喜平. 合金化和热处理对难熔金属硅化物基合金组织和性能影响的研究现状[J]. 稀有金属材料与工程, 2007, 36 (7): 1304- 1308. doi: 10.3321/j.issn:1002-185X.2007.07.041
10	JIA L N , GUO X P . Effects of alloying elements and heat treatments on the microstructure and mechanical properties of refractory metal silicide-based alloys[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2007, 36 (7): 1304- 1308. doi: 10.3321/j.issn:1002-185X.2007.07.041
11	曾宇翔, 郭喜平, 乔彦强, 等. Zr含量对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响[J]. 金属学报, 2015, 51 (9): 1049- 1058.
11	ZENG Y X , GUO X P , QIAO Y Q , et al. Effect of Zr addition on microstructure and oxidation resistance of Nb-Ti-Si base ultrahigh-temperature alloys[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2015, 51 (9): 1049- 1058.
12	SENKOV O N , SENKOVA S V , DIMIDULK D M , et al. Oxidation behavior of a refractory NbCrMo_0.5Ta_0.5TiZr alloy[J]. Journal of Materials, 2012, 47 (18): 6522- 6534.
13	王睿鑫, 唐宇, 李永彦, 等. NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为[J]. 稀有金属材料与工程, 2020, 49 (7): 2418- 2424.
13	WANG R X , TANG Y , LI Y Y , et al. High-temperature oxidation behavior of NbZrTiTa high-entropy alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2020, 49 (7): 2418- 2424.
14	BANERJEE D , WILLIAMS J C . Perspectives on titanium science and technology[J]. Acta Materialia, 2013, 61 (3): 844- 879. doi: 10.1016/j.actamat.2012.10.043
15	WANG W L , HU L , YANG S J , et al. Liquid supercoolability and synthesis kinetics of quinary refractory high-entropy alloy[J]. Scientific Reports, 2016, 6, 37191. doi: 10.1038/srep37191
16	ZHANG P , LI Y T , CHEN Z , et al. Oxidation response of a vacuum arc melted NbZrTiCrAl refractory high entropy alloy at 800-1200℃[J]. Vacuum, 2019, 162, 20- 27. doi: 10.1016/j.vacuum.2019.01.026

[1]	姜萱, 陈林, 郝轩弘, 王悦怡, 张晓伟, 刘洪喜. 难熔高熵合金制备及性能研究进展[J]. 材料工程, 2022, 50(3): 33-42.
[2]	孙辉, 武会宾, 张游游, 袁睿, 张志慧. Cr含量对CrMnFeNi系高熵合金腐蚀行为的影响[J]. 材料工程, 2022, 50(11): 127-134.
[3]	易振华, 冉丽萍, 易茂中. Ni-Cr-P焊膏钎焊C/C复合材料的组织和性能[J]. 材料工程, 2020, 48(5): 127-135.
[4]	元云岗, 康嘉杰, 岳文, 付志强, 朱丽娜, 佘丁顺, 王成彪. 不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能[J]. 材料工程, 2020, 48(2): 156-162.
[5]	孙博, 夏铭, 张志彬, 梁秀兵, 沈宝龙. 难熔高熵合金性能调控与增材制造[J]. 材料工程, 2020, 48(10): 1-16.
[6]	马明星, 王志新, 梁存, 周家臣, 张德良, 朱达川. CeO₂掺杂对AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与摩擦磨损性能的影响[J]. 材料工程, 2019, 47(7): 106-111.
[7]	陈林, 陈文静, 黄强, 熊中. 超声振动对EA4T钢激光熔覆质量和性能的影响[J]. 材料工程, 2019, 47(5): 79-85.
[8]	鲍亚运, 纪秀林, 姬翠翠, 赵建华, 程江波, 徐霖. 激光熔覆FeCrNiCoCuAl_x高熵合金涂层的耐腐蚀与抗冲蚀性能[J]. 材料工程, 2019, 47(11): 141-147.
[9]	张曼莉, 邱长军, 蒋艳林, 郑文权, 夏琰. 激光原位合成Al₂O₃-TiO₂复合陶瓷涂层组织结构与性能[J]. 材料工程, 2018, 46(2): 57-65.
[10]	刘用, 马胜国, 刘英杰, 张腾, 杨慧君. Al_xCrCuFeNi₂多主元高熵合金的摩擦磨损性能[J]. 材料工程, 2018, 46(2): 99-104.
[11]	刘臣, 田素贵, 王欣, 吴静, 梁爽. 一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能[J]. 材料工程, 2017, 45(6): 43-48.
[12]	谢春晓, 钟守炎, 杨元政, 罗剑英, 廖梓龙. 热处理对(Fe_0.52Co_0.30Ni_0.18)₇₃Cr₁₇Zr₁₀非晶合金的组织结构及磁性能的影响[J]. 材料工程, 2016, 44(8): 46-50.
[13]	谢红波, 刘贵仲, 郭景杰. Zr元素对AlFeCrCoCuZr_x高熵合金组织及腐蚀性能的影响[J]. 材料工程, 2016, 44(6): 44-49.
[14]	李振荣, 马春蕾, 蒋成勇, 田素贵, 陈礼清, 刘相华. 热连轧GH4169合金的点阵常数与蠕变性能[J]. 材料工程, 2016, 44(3): 97-102.
[15]	胡振峰, 吕镖, 汪笑鹤, 徐滨士. 相对运动速度对电刷镀镍镀层组织结构和性能的影响[J]. 材料工程, 2014, 0(5): 12-16.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed