AlCoFeNiTiCr高熵合金高温氧化和耐熔融铝液腐蚀性能研究

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铝合金在工业、交通、军事等领域应用广泛。例如,在航空领域,铝合金由于其轻质但强度、韧性出色,一直被用作为飞机机身的材料;在工业领域,浸镀工艺在防腐领域作为成本较低、操作简单的技术得以广泛应用。但是,熔铝具有很强的腐蚀性,会严重腐蚀浸镀设备,导致零部件频繁更换。因此,提高材料的耐熔铝腐蚀性能具有重要的经济意义。高熵合金作为一种新型开发的材料,在过去的研究报道中,高熵合金的研究主要是偏向于常温、高温下优良的综合力学性能,和在各种无机溶液中的耐腐蚀性能。但是国内外学者对于高熵合金浸镀工艺的研究,以及将其在腐蚀性极强的熔铝环境下腐蚀的报道非常少。本论文的研究以AlCoFeNiTi_xCr_y高熵合金为基体材料,对其表面进行氧化工艺处理,生成致密的氧化膜。其中,以X或Y为定值1,改变其中某一成分比例,研究X或Y的变化对于组成成分结构和形貌的影响;同时将不同组分高熵合金在管式炉中进行800和900℃的氧化,每隔25小时取出样品,然后依次进行质量称重、表面形貌分析,在100小时进一步做截面分析,通过扫面电镜和氧化动力学理论对七种组分进行比较。选取铸态AlCoFeNiTi_xCr_y体系中能够形成致密氧化膜的组分进行耐熔铝腐蚀性能测试,同时研究其反应界面。本论文研究发现:(1)AlCoCrFeNi、AlCoFeNiTi 均为简单的面心立方结构,AlCoCrFeNiTi 为立方结构,同时有少量金属间化合物A195Fe4Cr析出。在五元AlCoFeNiTi_xCr_y体系中添加任Ti或者Cr金属元素,都会使得五元高熵合金体系从面心立方向体心立方转变,从显微组织形貌发现其树枝晶有随着x或y的增加而粗大的趋势。(2)高熵合金 AlCoFeNiTi_xCr_y(x=0,0.5,1.0,1.5;y=0,0.5,1.0,1.5)高温氧化实验,在800℃:AlCoFeNiTi、AlCoCrFeNiTi1.5氧化膜较为致密。在900℃:AlCoFeNiTi、AlCoCrFeNiTi1.5氧化膜较为致密。氧化产物主要为Cr2O3、TiO|、TiO2、Al2O3、CoFe2O4、Fe3O4、NiFe2O4、NiO、(CoFe2)O4。(3)通过对上述氧化态和铸态高熵合金进行耐熔铝腐蚀实验分析得出:氧化态AlCoFeNiTi腐蚀速率在2.0×10-4 mm/h;氧化态AlCoFeNiTiCr1.5腐蚀速率在1.7×10-4 mm/h;铸态AlCoCrFeNiTi腐蚀速率在3.5×10-2mm/h,反应界面生成了 Al13Cr2等反应产物。氧化态AlCoFeNiTiCr1.5相比于纯铁,腐蚀速率提高了近870倍;相比于316L不锈钢提高了近650倍;相比于铸态AlCoCrFeNiTi体系高熵合金提高了近200倍;甚至相比于腐蚀性能优异的金属陶瓷(例如:MOSi2-Co金属陶瓷复合材料),其腐蚀速率降低了近3.5倍。
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