Cr触发的FCC富Ti析出相及其对TiVNbTa难熔高熵合金力学和抗氧化性能的影响

《Materials》：Cr-Triggered FCC Ti-Rich Precipitation and Its Effects on the Mechanical and Oxidation Performance of TiVNbTa Refractory High-Entropy Alloys

　　

摘要

本研究探讨了Cr含量对TiVNbTaCr_x（x = 0、0.25和0.5）的微观组织、室温及600 °C力学性能以及高温氧化行为的影响。Cr的添加显著加剧了凝固过程中枝晶间区域的Ti偏析，促使面心立方（FCC）富Ti析出相的形成。随着Cr含量从0增加到0.5，富Ti相从稻草状形态演变为块状形态，室温力学性能持续下降。断口分析表明，裂纹在FCC富Ti相相关的晶界处萌生，导致含Cr合金由韧性断裂向脆性断裂转变。在600 °C下，所有含Cr合金的延伸率均低于0.20%，表明FCC富Ti相的析出严重降低了合金在600 °C下的变形能力。氧化试验表明，Cr的添加仅对初始阶段（600 °C下0–10 h）的质量增益率具有边际有益效果，而含Cr合金在长时间暴露后因氧化物膜完整性降低而持续增重。氧化层主要由(Ta, Nb)₉VO₂₅组成，在当前实验条件下未观察到具有保护作用的Cr₂O₃氧化层。综上所述，在所研究的成分范围内，当Cr含量为5.88和11.11 at.%时析出FCC富Ti相，导致体心立方（BCC）基体连续性断裂，室温及600 °C下的力学性能全面恶化，同时未能提高600–700 °C下的抗氧化性能。