具有良好综合性能的Fe3CoNiCuCrx中熵阻尼合金分析

耿宁宁; 马玉琪; 周迎春; 王洪鼎; 张伟; 邱克强

沈阳工业大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (02) : 205 -213.

具有良好综合性能的Fe₃CoNiCuCr_x中熵阻尼合金分析

耿宁宁, 马玉琪, 周迎春, 王洪鼎, 张伟, 邱克强

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摘要

【目的】近年来，科技的发展和进步给人们的生产、生活带来了许多便利，但潜在的危害（如振动、噪声等）也因此产生。振动的产生会加剧零件的损坏，噪声的出现会危害人们的身体健康。为了应对这一问题，能够吸收振动能量的阻尼合金逐渐进入人们的视野。然而，传统阻尼合金阻尼机制较为单一且力学性能较差，无法满足多样化的实际应用。因此，亟需开发一种兼顾二者的新型材料，多主元合金的出现使得该设想成为了可能，其独特结构使得合金可以兼具较好的力学性能和阻尼性能，研究多主元合金的组织与阻尼性能之间的联系具有重要意义。【方法】为了获得具有良好阻尼性能兼具优异力学性能的合金，利用电弧熔炼炉和真空感应炉制备了Fe₃CoNiCuCr_x（x=2.0,2.5,2.75,3.0,3.5）中熵合金。利用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对合金的相结构进行分析，利用搭载电子背散射衍射（EBSD）探头的扫描电子显微镜（SEM）对合金的组织、相分布和相体积分数等进行表征，利用万能力学实验机对合金的抗拉性能进行测试，利用动态机械分析仪对合金的阻尼性能进行测试。通过提高Cr元素的摩尔比，研究了Cr元素摩尔比的变化对合金的相组成和阻尼性能的影响。【结果】随着Cr元素摩尔比的增大，合金由FCC相转变为FCC和BCC双相结构，双相结构的产生使得合金中的相发生竞争生长，从而降低了合金的平均晶粒尺寸；合金的抗拉强度由329 MPa升高到779 MPa;合金的塑性发生恶化，其塑性应变由35.45%降低到1.72%;当Cr元素摩尔比达到3.0时，合金的阻尼性能指标达到最大值0.052。随着Cr元素摩尔比的增大，合金中BCC相的体积分数逐渐升高，不仅提高了合金的抗拉强度，还提高了合金的铁磁阻尼性能。FCC和BCC相的体积分数与组织形貌的良好匹配提高了合金的界面阻尼性能，且合金中较软的FCC相嵌入较硬的BCC基体中所形成的独特网状组织也在一定程度上提高了合金的阻尼性能。【结论】在铁磁阻尼、界面阻尼和合金组织形态的共同影响下，Fe₃CoNiCuCr_3.0合金不仅具有优异的抗拉性能而且具有较高的阻尼性能。