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Al/Si合金改善TiZrV0.5Nb0.5难熔高熵合金1000 ℃氧化行为的研究

难熔高熵合金,氧化

与传统镍基、铌基及钼基高温合金相比，难熔高熵合金在高温下表现出了优异的热稳定性和综合力学性能，是一种潜在的高温结构材料。然而，难熔高熵合金在中高温下的突变性氧化失效严重限制了其发展和应用。基于此，我们在TiZrV0.5Nb0.5难熔高熵合金基础上，加入了适当浓度的Si 元素和Al元素。系统地研究了这些合金在1000℃的氧化。重点阐明了Al/Si合金元素提高难熔高熵合金氧化层抗剥落能力的内在机制。利用XPS线扫描技术，通过对元素价态的定性表征和对其连续变化的定量比较，研究了氧化物在不同氧化层中的纵向差异演化。结果表明，基础合金的灾难氧化是由V₂O₅的剧烈挥发和高内应力引起的裂纹萌生和扩展引起的。与基础合金相比，添加Si元素合金的抗氧化性能显著提高，其氧化速率降低了一倍以上。从扩散、固相反应和原位氧化等角度详细阐述了加Si合金氧化铌保护层的形成、抑制挥发和抗开裂等关键机理。添加Al元素的合金表现出了最低的氧化速率和最优异的抗氧化性，这是因为Al元素高的扩散系数和Al₂O₃低的成核驱动力，使其在氧化过程中形成连续的Al₂O₃层，从而显著减少了氧向内扩散，抑制了氧化反应和挥发。