提升珠光體組織的耐磨性能以及熱穩(wěn)定性

近日，東南大學(xué)孫文文教授團(tuán)隊(duì)在FeCoNiTi基高熵合金中提出了一種通過經(jīng)典共析轉(zhuǎn)變（A→B+C）而形成的珠光體結(jié)構(gòu)，用以提升珠光體組織在室溫以及一系列高溫環(huán)境下的耐磨性能以及熱穩(wěn)定性。該研究以A new strong pearlitic multiprincipal element alloy to withstand wear at elevated temperatures為題發(fā)表在Acta Materialia上。

該研究發(fā)現(xiàn)，與鋼鐵材料的相變相似，高熵合金中也可以發(fā)生共析反應(yīng)而產(chǎn)生珠光體結(jié)構(gòu)，共析轉(zhuǎn)變發(fā)生于500～650℃，共析反應(yīng)為FCC→BCC+Ni3Ti，片層結(jié)構(gòu)由BCC相和Ni3Ti相片層交替排列而成。由于高熵合金中的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)導(dǎo)致高熵珠光體的片層狀結(jié)構(gòu)比鋼中珠光體更精細(xì)，因此珠光體高熵合金的硬度更高且在500℃和550℃時(shí)具備良好的熱穩(wěn)定性。同時(shí)，與鋼中的珠光體結(jié)構(gòu)類似，多主元珠光體的片層間距也隨共析轉(zhuǎn)變溫度的升高而增大，同時(shí)硬度隨片層間距的增大而降低。

研究發(fā)現(xiàn)，該珠光體高熵合金不僅在室溫下具備優(yōu)異的耐磨性能（磨損率～2×10-5mm3/(N·m)），在550℃與600℃的環(huán)境下耐磨性能依然良好（磨損率

<3×10-5mm3/（N·m）），多主元珠光體在室溫及高溫下磨損率低于相同溫度下一系列高速鋼或已開發(fā)的耐磨多主元合金。磨料磨損是該高熵合金在室溫下的主要磨損機(jī)制，磨損速率與硬度呈典型的負(fù)相關(guān)關(guān)系，符合Archard定律。氧化和剝層磨損是該合金在高溫下的主要磨損機(jī)制，這是因?yàn)樵谀ズ郾砻嫘纬闪酥旅艿谋Ｗo(hù)性氧化層，以及具有足夠熱強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的高加工硬化納米再結(jié)晶層。因此，高熵合金中的珠光體結(jié)構(gòu)是一種值得進(jìn)一步研究和優(yōu)化的具有極端環(huán)境應(yīng)用前景的高性能結(jié)構(gòu)，同時(shí)該研究為耐磨多主元合金的開發(fā)提供了新的 思路。

左圖為多主元合金中層片狀珠光體結(jié)構(gòu)。