武漢理工《Scripta Mater》：高熵合金/碳化物超細共析結構提高高溫強度
2024-10-12 11:26:41
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
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難熔合金因其出色的高溫抗軟化性能，在航空航天和武器裝備的超高溫部件中具有關鍵應用。傳統合金和單相難熔高熵合金在高溫下常面臨微觀結構不穩定和高溫強度不足等難題。
近日，武漢理工大學沈強研究員和羅國強研究員小組通過引入層片狀難熔碳化物，與合金形成微納米尺度的共晶和共析結構，制獲具有優異高溫強度的MoNbWTaC高熵合金。合金含有穩定的BCC/FCC-MC共晶結構、BCC/HCP-M2C共晶結構和BCC/FCC-MC共析結構。金屬與碳化物形成特定取向關系的低能界面，在高溫變形過程中保持穩定，具有強位錯阻礙效應。多主元引起的晶格畸變以及金屬/碳化物界面的互鎖作用，共同阻礙了相內和界面處的元素擴散。超細層間距的BCC/FCC-MC共析結構提供大量穩定異相界面，碳化物相在高溫變形過程中承受高載荷，在細晶強化和第二相強化作用下顯著提升MoNbWTaC合金的高溫強度，合金在1473 K和1673 K的屈服強度分別高達1.17 GPa和0.92 GPa。開發超細共析結構為設計和制造下一代高性能難熔合金提供了一種新策略。相關研究成果以“Superior high-temperature strength of a carbide-reinforced high-entropy alloy with ultrafine eutectoid structure”為題發表在Scripta Materialia期刊。第一作者：汪瀟，通訊作者：魏琴琴、孫一。通訊單位：武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室、湖北隆中實驗室、武漢理工大學材料科學與工程學院。https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116393
圖1鑄態MoNbWTaC合金的微觀結構：（a-b）XRD和SEM-BSE圖，（c-d）共晶和共析結構的EBSD相圖，反極圖（IPF）和KAM圖，（e）BCC和碳化物相的取向關系，（f）HAADF-STEM和EDX圖，（g）BF-TEM和HRTEM圖顯示FCC-MC中的堆垛層錯，（h）HRTEM和FFT圖顯示BCC/FCC-MC界面結構。
圖2 MoNbWTaC合金的高溫壓縮性能：（a-b）工程和真實應力應變曲線，（c-d）MoNbWTaC 合金與已報道難熔合金的工程屈服強度和抗壓強度的溫度依賴性比較，表明MoNbWTaC高溫強度優異。
圖3 MoNbWTaC合金高溫變形后的EBSD圖：（a）共晶結構和（b）共析結構的相圖，IPF和KAM圖，（c）BCC和碳化物相的取向關系。
圖4 1673 K變形的MoNbWTaC合金的TEM圖：（a-b）HAADF-STEM和BF-TEM圖，（c-d）HRTEM和FFT圖表示穩定的異相界面，（e）強化機制示意圖。
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