暨南大学《Tribology International》：开发新型增材制造与再制造用轻质耐磨高熵合金材料

发布时间：2024-05-20 04:02:39来源：中暨智造浏览量：

发表期刊

钛合金具有密度低、比强度高等优异性能，广泛应用于航空航天、车辆舰船等领域的轻合金装备制造，但其硬度较低（通常不超过350 HV），耐磨性能较差，导致磨损工况下构件的可靠性低、服役寿命短。因此，提升其耐磨性能已成为亟待解决的问题。传统合金以一种或两种元素作为基本组元、通过添加合金元素并优化调控材料微观组织，可有效提升材料的强度及其耐磨性能，但该方法受主元性质的影响，在提升性能程度上存在一定的局限性。

高熵合金是一种多主元合金设计理念，即将合金设计成分空间扩展到多元相图的中心区域，其热力学的高熵效应、结构的晶格畸变效应、动力学的迟滞扩散效应、性能上的鸡尾酒效应赋予了高熵合金优异的综合性能，该理念为解决轻质合金耐磨性能较差的问题提供了新的途径。目前，国内外研究人员开发了大量高熵合金，其强度、硬度、耐磨性能较传统轻合金有了明显的提升，但其密度仍远大于传统轻质合金密度（4.5 g/cm3），不利于装备轻量化的应用。

针对以上问题，暨南大学王启伟教授团队基于高熵合金的设计理念，结合耐磨高熵合金前沿研究，设计开发了低密度（约为4.5 g/cm3）的Alx(TiVZr)100-x（x=25，30，35）高熵合金，并对其组织演变、磨损行为开展了系统研究，相关工作以“Microstructural and wear resistance evolution of Alx(TiVZr)100-x lightweight high-entropy alloys”为题发表在摩擦学领域权威期刊Tribology International（一区TOP，IF:6.2）上，叶永煅为第一作者，王启伟教授和李杰为共同通讯作者。

制备的轻质高熵合金的制备及微观组织结构

该研究结果表明：Alx(TiVZr)100-x高熵合金均以体心立方（BCC）结构固溶体相为主，辅以少量Al1(Zr,Ti,V)1析出相。析出相的硬度高达10.5 GPa，且与基体存在半共格关系，且含量随Al含量的增加而增加。Al25、Al30和Al35中析出相的体积分数分别为1.91%、3.82%和4.85%。较高的基体硬度以及Al1(Zr,Ti,V)1相对显微切削的阻碍作用使得Al25、Al30和Al35的耐磨性能较TC4钛合金分别提升了52.5%、66.0%和70.8%。该研究成功获得了一种低密度、高耐磨的高熵合金材料，可应用于轻合金的增材制造与再制造。

轻质高熵合金的摩擦学性能

本研究得到了国家重点研发计划项目（2023YFB3408200）、广东省重点研发计划项目（2023B0909020002）、国家自然科学基金（52101084）和安徽省芜湖市重大科技专项（2021ZD08）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109585

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