顆粒增強金屬基復合材料(PRMMCs)以其較高的強度和剛度，優良的耐磨性等成為航空航天、汽車動力等結構領域中很有前途的材料。但結果表明，在合金材料中加入顆粒會降低塑性，限制了實用的發展和應用。高熵合金(HEAs)和HEA基復合材料具有強度高、延展性好、耐腐蝕、電磁等優異的綜合性能，近年來備受關注。

在HEAs基體中加入WC、SiC、TiC和其他碳化物作為增強顆粒，提高了材料的強度和耐磨性，使HEAs基體復合材料的性能優于一些商用合金。例如，WC/AlCoCrCuFeNi復合材料的維氏硬度和斷裂韌性分別為1922HV30和10.41 MPa m1/2，優于商用WC/Co硬質合金。

在這一背景下，研究團隊展開了研究旨在對一種新的金屬基復合材料制備方法進行分析。

該研究采用簡單、高效的工藝制備了W/FeNiMnAlW高熵合金(HEA)基復合材料。HEA基體由面心立方相、有序體心立方相和W2C相組成。增強相W顆粒在HEA基體微觀結構中分布均勻，其體積分數為30.9%，平均晶粒尺寸為13.57°m。

復合材料的鎢顆粒與基體具有良好的冶金結合，并探討了近球形鎢顆粒的形成機理，復合材料的密度為10.55 g/cm3。鎢相、B2相和面心立方(FCC)相的硬度分別為681.48HV、533.82HV和286.70 HV。W/FeNiMnAlW復合材料的屈服強度為1241 MPa，最大抗壓強度為530mpa，最大塑性應變為15%，力學性能優越。

FCC相與體心立方(BCC)相的有效結合以及無邊緣W顆粒的均勻分布是其良好力學性能的主要原因。W/FeNiMnAlW復合材料的體積磨損量和磨損率分別為0.42 mm3和4.95×10-3 mm3/N·m，磨損機制主要為粘著磨損和磨粒磨損。

熱反應裝置原理圖如圖1所示。反應前先將坩堝預熱至773 K，然后將混合后的粉末放入坩堝中，用高溫火柴點燃，形成高溫熔體。靜置10-15 s后，HEAs與Al2O3熔體發生分層。拔下塞子后，高溫熔體由于自身重力作用，通過熔體輸送管流至鑄型底部，冷卻后形成W/FeNiMnAlW復合材料。

圖1所示。熱反應裝置示意圖。

圖2所示。(a) W/FeNiMnAlW復合材料的x射線衍射圖，

(b) W/FeNiMnAlW復合材料的SEM圖像和相應的EDS元素映射。

圖3所示。W/FeNiMnAlW復合材料的TEM分析。

(a)復合材料的亮場圖像，

(c)-(d): (a)中b、c、d的SAED圖像，

(e)中e的SAED圖像。

圖4所示。(a)熱反應制備的鋼錠，(b)加工后的鋼錠，

(c) W的粒徑分布，(d) W/FeNiMnAlW復合材料的SEM顯微圖，

(e) W2C在FCC基體中的HADDF圖像和相應的EDS元素映射。

圖5所示。近球形W粒子的形成機理。

圖6所示。

W/FeNiMnAlW復合材料的室溫壓縮應力-應變曲線。

圖7所示。壓縮樣品的掃描電鏡顯微圖。

(a) w粒子中的裂紋;(b)基體中的裂紋。

圖8所示。

與其他鑄態W-HEAs、HEA基復合材料的性能比較。

圖9所示。

(a) W/FeNiMnAlW復合材料摩擦系數隨滑動時間的變化曲線，

(b) W/FeNiMnAlW復合材料磨損表面的SEM圖像，

(c) W/FeNiMnAlW復合材料磨損碎片的SEM圖像。

該研究采用熱反應法制備了w粒子增強的FeNiMnAlW HEA基復合材料。結果表明，HEA基體由FCC相、B2相和W2C相組成，基體中無棱角的W顆粒分布均勻。W粒子的平均粒徑和體積分數分別為13.57和30.9%。復合材料的密度為10.55 g/cm3, W相、B2相和FCC相的硬度分別為681.48 HV、533.82 HV和286.70 HV。

復合材料的屈服強度為1241 MPa，最大抗壓強度超過2530 MPa，塑性應變超過15%，綜合性能優異。W/FeNiMnAlW復合材料的摩擦系數為0.63，體積磨損損失為0.42 mm3，磨損率為4.95×10-3 mm3/N·m，含鋼球W/FeNiMnAlW復合材料的磨損機理主要為粘著磨損和磨粒磨損。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838820344017