宗乐等：难熔高嫡合金：制备方法与性能综述 ·1467 合金的耐磨损性能主要与合金的合金组成、组织 ZrsI难熔高熵合金和(HfNbTaTiVZr)NIs9难熔高 结构以及主元含量有关.高熵合金的组成元素较 嫡合金氨化涂层已被报道，与商用高温合金5s- 多，能够通过调控合金组成实现提高合金耐磨性 难熔金属与合金1以及工具钢1相比，其具有更 的目的，如硼的硬度较大，仅次于金刚石，添加少 优的耐磨性能.Poulia等5s-s采用球盘磨损法研 量的硼元素能够显著合金的耐磨性.Lu等5]研 究了MoTaWNbV难熔高嫡合金的耐磨性能，如 究了硼元素对Alo.sCoCrCuFeNi合金磨损性能的影 图12所示，就体积损失和磨损率而言，在滑动距 响，研究发现硼元素以硼化物的形式析出，随着 离和计数器体相同情况下，合金的磨损响应相较 硼含量的增加，磨损机理由分层磨损向氧化磨 于Inconel718(凭借高耐磨性能而闻名)获得明显 损转变，当Alo.CoCrCuFeNiB,(x=0~I)合金中硼含 改善.当氧化铝球使用2000m时，MoTaWNbV合金 量（摩尔分数）心0.5时，合金的耐磨性能随硼含量 的磨损率比Inconel718的低将近80%.Mathiou等s7 的增加而线性增加.Al,CoCrCuFeNi(a=0.5,l,2)合 用球盘磨损法研究了MoTaNbZrTi难熔高嫡合金 金中A1元素含量增多，导致相结构由FCC相向 在不同条件下的磨损响应.MoTaNbZrTi合金具有 BCC相转变，晶体结构可能转变为树枝晶，显微硬 BCC基体和HCP第二相，在磨损过程中MoTaNbZrTi 度递增，耐磨性增加5难熔高嫡合金中含有Cr、 合金含有Zr、Ti等易氧化元素，在表面氧化生成 Cu、Ni和Ti等元素时，合金表面会被氧化形成大 大量的氧化物.如图13所示，这些氧化物起到“润 量氧化物保护膜，降低摩擦系数，起到“润滑”的作 滑”作用，从而降低了合金的磨损强度和磨损率 用.目前MoNbTaVWtss-s、MoNbTaTiZr57刃、HfNbTi Ye等s8]使用纳米划痕法研究了单相HfNbTiZr难 =5.14×10x 14 200 (a) R2=9.99×10-1 10.3 150 e 10 8 100 ☑ 1=2.42×10x 5.72 =9.78×10- 6 4.84 298 50 ☑ =1.49x10x R=9.52×10-1 100 200 300 400 Type of alloys Sliding distance/m MoTaWNbV,alumina ball,400 m Inconel 718,alumina ball,400 m MoTaWNbV,steel ball,400 m Inconel 718,steel ball,400 m 450 (b) =4.15×10-x 9 =9.97x0 8 7 300 _U1-N. 6 4.57 =2.29×10-x ☑ R2=9.74×101 4 ☑ 150 ☑ = 2.32 ① ☑ 1.57 =7.84×102x R2=9.75×10- 200 400 600 800 1000 Type of alloys Sliding distance/m MoTaWNbV,alumina ball,1000 m Inconel 718,alumina ball,1000 m MoTaWNbV,steel ball,1000 m Inconel 718,steel ball,1000 m 图12不同条件下MoTaWNbV和Inconel718的体积损失（左）和磨损率（右）的对比图s,用钢球和氧化铝球进行400m(a)和1000m(b)滑动 距离测试 Fig.12 Comparative diagrams of the volume loss(left)and the wear rate (right)of MoTaWNbV versus Inconel 718 under different conditionslss,tested with both an alumina and a steel ball for sliding distances of 400 m (a),1000 m(b)合金的耐磨损性能主要与合金的合金组成、组织 结构以及主元含量有关. 高熵合金的组成元素较 多，能够通过调控合金组成实现提高合金耐磨性 的目的，如硼的硬度较大，仅次于金刚石，添加少 量的硼元素能够显著合金的耐磨性. Liu 等[53] 研 究了硼元素对 Al0.5CoCrCuFeNi 合金磨损性能的影 响，研究发现硼元素以硼化物的形式析出，随着 硼含量的增加，磨损机理由分层磨损向氧化磨 损转变，当 Al0.5CoCrCuFeNiBx (x=0～1) 合金中硼含 量（摩尔分数）x>0.5 时，合金的耐磨性能随硼含量 的增加而线性增加. AlxCoCrCuFeNi(x=0.5,1,2) 合 金中 Al 元素含量增多，导致相结构由 FCC 相向 BCC 相转变，晶体结构可能转变为树枝晶，显微硬 度递增，耐磨性增加[54] . 难熔高熵合金中含有 Cr、 Cu、Ni 和 Ti 等元素时，合金表面会被氧化形成大 量氧化物保护膜，降低摩擦系数，起到“润滑”的作 用. 目前 MoNbTaVW[55−56]、MoNbTaTiZr[57]、HfNbTi Zr[58] 难熔高熵合金和 (HfNbTaTiVZr)N[59] 难熔高 熵合金氮化涂层已被报道，与商用高温合金[55−56]、 难熔金属与合金[58] 以及工具钢[48] 相比，其具有更 优的耐磨性能. Poulia 等[55−56] 采用球盘磨损法研 究了 MoTaWNbV 难熔高熵合金的耐磨性能，如 图 12 所示，就体积损失和磨损率而言，在滑动距 离和计数器体相同情况下，合金的磨损响应相较 于 Inconel 718(凭借高耐磨性能而闻名) 获得明显 改善. 当氧化铝球使用 2000 m 时，MoTaWNbV 合金 的磨损率比 Inconel 718 的低将近 80%. Mathiou 等[57] 用球盘磨损法研究了 MoTaNbZrTi 难熔高熵合金 在不同条件下的磨损响应. MoTaNbZrTi 合金具有 BCC 基体和 HCP 第二相，在磨损过程中 MoTaNbZrTi 合金含有 Zr、Ti 等易氧化元素，在表面氧化生成 大量的氧化物. 如图 13 所示，这些氧化物起到“润 滑”作用，从而降低了合金的磨损强度和磨损率. Ye 等[58] 使用纳米划痕法研究了单相 HfNbTiZr 难 200 (a) y=5.14×10−1x R 2=9.99×10−1 y=2.86×10−1x R 2=9.85×10−1 y=2.42×10−1x R 2=9.78×10−1 y=1.49×10−1x R 2=9.52×10−1 150 100 Volume loss/(10 50 −2 cm3 ) 0 0 100 200 Sliding distance/m 300 400 10 12 8 14 6 4 Wear rate/(10 2 −4 cm3·N−1·m−1 ) 0 Type of alloys 2.98 5.72 4.84 10.3 450 y=4.15×10−1x R 2=9.97×10−1 y=2.29×10−1x R 2=9.74×10−1 y=1.06×10−1x R 2=9.70×10−1 y=7.84×10−2x R 2=9.75×10−1 300 150 Volume loss/(10−2 cm3 ) 0 0 200 400 Sliding distance/m 600 1000 800 7 9 6 4 2 Wear rate/(10−4 cm3·N−1·m−1 ) 0 8 5 3 1 Type of alloys 2.32 8.3 1.57 4.57 MoTaWNbV, alumina ball, 400 m MoTaWNbV, steel ball, 400 m Inconel 718, alumina ball, 400 m Inconel 718, steel ball, 400 m MoTaWNbV, alumina ball, 1000 m MoTaWNbV, steel ball, 1000 m Inconel 718, alumina ball, 1000 m Inconel 718, steel ball, 1000 m (b) 图 12    不同条件下 MoTaWNbV 和 Inconel 718 的体积损失（左）和磨损率（右）的对比图[55] ，用钢球和氧化铝球进行 400 m （a）和 1000 m （b）滑动 距离测试 Fig.12    Comparative diagrams of the volume loss (left) and the wear rate (right) of MoTaWNbV versus Inconel 718 under different conditions[55] ，tested with both an alumina and a steel ball for sliding distances of 400 m (a), 1000 m (b) 宗    乐等： 难熔高熵合金：制备方法与性能综述 · 1467 ·