三峡大学:（NiAl）63-xV20Cr17Bx共晶高熵合金的组织和性能

固溶强化理论认为，合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变，增大位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金的强度与硬度增加，而间隙原子的畸变属于非对称性，间隙摩尔比置换原子具有更大的固溶强化效果，因此在合金中加入适量的间隙原子可以起到明显强化效果。目前，添加B元素对高熵合金改性已有一些报道，如、（Al19Co20Fe20Ni41）100-xBx、AlCoCrFeNiBx、、等，但用在NiAl基共晶高熵合金体系中的研究报道则较少。

由于NiAl-34Cr和NiAl-39V为共晶组织结构，并且V-Cr二元相图表明两者可以无限固溶，因此可以设计用V、Cr无限固溶的BCC相替代Cr或V固溶体，形成B2+BCC两相共晶组织，YEXC等发现这一设计方案具有可行性，（NiAl）63V20Cr17的微观结构为规则的共晶组织。

三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心、三峡大学机械与动力学院、浙江正信车辆检测有限公司研究团队在2024年第44卷第1期期刊上发表了“（NiAl）63-xV20Cr17Bx共晶高熵合金的组织和性能”的文章，作者采用非自耗真空熔炼炉制备了一组非等摩尔比的高熵合金（NiAl）63-xV20Cr17Bx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0，摩尔比），通过XRD、EPMA、万能材料试验机等手段研究了B含量对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明，（NiAl）63V20Cr17合金为B2+BCC双相共晶结构，属于海藻状共晶枝晶，规则的片层共晶被不规则的片层共晶包围。随着B含量增加，（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的微观结构由片层状共晶结构（x=0）转变为亚共晶结构（），纳米沉淀物（含M2B化合物）在初生相上析出。合金硬度先增加后减小，断裂强度和断裂应变持续增大。当x=0.8时，高熵合金具有良好的综合力学性能，其硬度（HV）为556，屈服强度为1523MPa，断裂强度为3348MPa，断裂应变为34.5%。

【研究内容】

用DHL-300型真空电弧熔炼炉（氩气气氛下）制备（NiAl）63-xV20Cr17Bx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0，摩尔比，下同）共晶高熵合金，原材料采用质量分数均大于99.95%的Ni、Al、V、Cr和Ni-15B块体。将30g铸锭翻转并重新熔化至少6次，以提高成分均匀性，然后在水冷铜模中冷却凝固。采用线切割将铸锭切割成不同尺寸后，进行超声波清洗、镶嵌和抛光。采用X射线衍射仪（XRD，UltimaⅣ，CuKα）分析试样的相组成，扫描速率为4（°）/min，扫描角度范围为20°~90°。采用电子探针（EPMA，JXA-8230）和能谱仪（EDS，INCAX-Act）对合金的显微组织和相组成进行分析。在室温下采用WDW-100E万能试验机进行压缩测试，变形速率为1.0×10-3s－1，试样尺寸为ϕ3.5mm×7mm。使用MH-6L维氏硬度计进行硬度测量，载荷为98N，持续10s，每个试样测10次，结果取平均值。

图1（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的XRD图谱

（NiAl）63-xV20Cr17Bxalloys

图2（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的EPMA图

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图3（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的相体积分数

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图4（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的SEM形貌及元素面扫描图

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图5（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金的微观组织转变示意图

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图6（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金硬度曲线

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图7（NiAl）63-xV20Cr17Bx合金压缩工程应变-应力曲线

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【研究结论】

（1）采用非自耗真空熔炼炉制备了（NiAl）63-xV20Cr17Bx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0）共晶高熵合金。随着B含量增加，合金的相组成由BCC+B2相转变为BCC+B2+初生相+硼化物，合金的微观组织从片层共晶转变为亚共晶。

（2）随着B的加入，（NiAl）63-xV20Cr17Bx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0）合金中规则片层分解，不规则片层细化，当时，形成大块初生相，同时纳米沉淀物（含M2B化合物）在初生相上析出。BCC相的体积分数由33.9%增加至39.2%，B2相的体积分数由66.1%减少至47.1%，初生相的体积分数由7.5%增加至14.7%。

（3）B的加入可以提高（NiAl）63-xV20Cr17Bx（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0）合金的力学性能。合金平均硬度（HV）由503增加到564。屈服强度先增大后减小，断裂强度和断裂应变持续增大。x=0.8时合金具有理想的综合力学性能，其硬度（HV）为556，屈服强度为1523MPa，断裂强度为3348MPa，断裂应变为34.5%。合金力学性能的提高得益于固溶强化、沉淀强化和合金组织转变的综合作用。

【引用格式】

方东，张安，罗爱娇，等.（NiAl）63-xV20Cr17Bx共晶高熵合金的组织和性能［J］.特种铸造及有色合金，2024，44（1）：30-35.

FANGD，ZHANGA，LUOAJ，（NiAl）63-xV20Cr17Bxeutectichigh-entropyalloy［J］.SpecialCastingNonferrousAlloys，2024，44（1）：30-35.

[1]单相高熵合金结构与性能

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[2]W对FeCoCrNiWx高熵合金微观组织和摩擦性能的影响

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