硼对AlMo0.5NbTa0.5TiZr难熔高熵合金组织和高温氧化性能的影响

摘要

目的提高AlMo0.5NbTa0.5TiZr难熔高熵合金的抗氧化性能。方法采用非自耗真空电弧熔炼法制备了AlMo0.5NbTa0.5TiZrBx(x=0、0.02、0.06)难熔高熵合金,通过系列高温氧化试验、X射线衍射分析和扫描电镜及能谱分析,研究了微量B元素的添加对该合金组织结构和高温氧化性能的影响规律。结果铸态AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金具有典型的枝晶状凝固组织,包括由黑色枝晶间区的富Al-Ti-Zr的BCC1相、明亮枝晶区的富Mo-Nb-Ta的BCC2相以及枝晶边缘灰色过渡区的富Al-Zr相。微量B的添加没有改变AlMo0.5NbTa0.5TiZr相组成,但使合金的枝晶组织明显细化。添加B以后,AlMo0.5NbTa0.5TiZrBx合金的放热峰强度由0.95 W/g降至0.05 W/g,氧化反应的峰值温度由880℃升至1020℃;添加适量的B可改善合金短时氧化过程中的氧化皮剥落现象,并可防止合金在长时氧化过程中出现灾难性氧化。由于B的添加,AlMo0.5NbTa0.5TiZrB0.06合金表面在800℃氧化50 h过程中形成了Nb4Ta2O15和AlNbO4等具有保护性的复杂氧化物。结论添加适量的B元素不仅可抑制AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金在800~1200℃之间的氧化反应和氧化增重程度,而且可以大幅提高合金在800℃+3 h和800℃+50 h条件下的氧化抗力。