C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金性能影響的多維度解析一、引言1.1研究背景與意義材料科學(xué)的持續(xù)發(fā)展推動(dòng)著新型合金材料的不斷涌現(xiàn)，高熵合金作為其中的杰出代表，自問(wèn)世以來(lái)便在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界引發(fā)了廣泛關(guān)注。高熵合金（HighEntropyAlloys，簡(jiǎn)稱(chēng)HEAs），通常由五種或五種以上主要元素以等摩爾或近等摩爾比組成，突破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種主要元素為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理念。這種獨(dú)特的多主元組成賦予了高熵合金一系列優(yōu)異的性能，如高硬度、高強(qiáng)度、良好的耐磨性、出色的耐腐蝕性以及優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性等。其特殊的性能源于高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等多種因素的協(xié)同作用。高熵效應(yīng)使得合金傾向于形成簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)，減少了脆性金屬間化合物的形成；晶格畸變效應(yīng)則導(dǎo)致晶格內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。在眾多高熵合金體系中，CrFeCoNi高熵合金因其獨(dú)特的面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)和良好的綜合性能而備受矚目。CrFeCoNi高熵合金具有優(yōu)異的韌性、良好的加工性能以及在多種環(huán)境下的耐腐蝕性，使其在航空航天、能源、化工、電子等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在航空航天領(lǐng)域，其高強(qiáng)度和良好的高溫性能可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和可靠性；在能源領(lǐng)域，可用于制造核反應(yīng)堆部件，增強(qiáng)其抗輻照和耐腐蝕能力；在化工領(lǐng)域，因其出色的耐腐蝕性，可用于制造各種化工設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料性能要求的不斷提高，單一成分的CrFeCoNi高熵合金在某些性能方面逐漸難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。為了進(jìn)一步拓展CrFeCoNi高熵合金的性能邊界，合金化成為一種重要的手段。合金化通過(guò)向基礎(chǔ)合金中添加特定元素，改變合金的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)合金性能的精確調(diào)控。在眾多可添加的合金元素中，碳（C）因其獨(dú)特的原子特性和在合金中的作用機(jī)制，成為研究的熱點(diǎn)之一。碳在合金中具有多種作用。一方面，碳可以與金屬元素形成碳化物，這些碳化物具有高硬度和高熔點(diǎn)的特點(diǎn)，能夠有效提高合金的強(qiáng)度和耐磨性。另一方面，碳在合金中還可以通過(guò)固溶強(qiáng)化的方式提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)合金的韌性和塑性產(chǎn)生一定的影響。此外，碳的添加還可能改變合金的耐腐蝕性能，其作用機(jī)制較為復(fù)雜，涉及到碳化物的形成、合金表面鈍化膜的性質(zhì)以及腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)等多個(gè)方面。研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能和腐蝕行為的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。從理論角度來(lái)看，深入探究碳在CrFeCoNi高熵合金中的作用機(jī)制，有助于進(jìn)一步完善高熵合金的理論體系，為高熵合金的成分設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)研究碳對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)演變、相組成變化以及原子間相互作用的影響，可以揭示C合金化與合金性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為開(kāi)發(fā)新型高性能高熵合金提供理論指導(dǎo)。從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)材料性能要求的日益苛刻，開(kāi)發(fā)兼具高強(qiáng)度、高韌性和良好耐腐蝕性的合金材料變得至關(guān)重要。通過(guò)研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金性能的影響，可以為該合金在航空航天、能源、化工等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。例如，在航空航天領(lǐng)域，提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性可以有效減輕部件重量，提高飛行器的性能和可靠性；在化工領(lǐng)域，增強(qiáng)合金的耐腐蝕性能可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低生產(chǎn)成本。因此，本研究對(duì)于推動(dòng)CrFeCoNi高熵合金在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自高熵合金的概念被提出以來(lái)，CrFeCoNi高熵合金憑借其獨(dú)特的面心立方結(jié)構(gòu)和良好的綜合性能，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究不斷深入，取得了一系列重要成果。在國(guó)外，眾多科研團(tuán)隊(duì)對(duì)CrFeCoNi高熵合金的基礎(chǔ)性能展開(kāi)了系統(tǒng)研究。[國(guó)外團(tuán)隊(duì)1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CrFeCoNi高熵合金在室溫下具有優(yōu)異的韌性和良好的加工性能，其面心立方結(jié)構(gòu)賦予了合金較高的位錯(cuò)滑移能力，使得合金在塑性變形過(guò)程中能夠有效地協(xié)調(diào)應(yīng)變。[國(guó)外團(tuán)隊(duì)2]利用先進(jìn)的表征技術(shù)，深入研究了CrFeCoNi高熵合金在高溫環(huán)境下的微觀結(jié)構(gòu)演變和力學(xué)性能變化規(guī)律，結(jié)果表明，在高溫條件下，合金中的原子擴(kuò)散速率加快，導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生粗化，從而使合金的強(qiáng)度有所下降，但高溫穩(wěn)定性仍能滿(mǎn)足一些工程應(yīng)用的需求。國(guó)內(nèi)學(xué)者在CrFeCoNi高熵合金研究方面也取得了豐碩的成果。[國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)1]通過(guò)合金化手段，向CrFeCoNi高熵合金中添加微量的稀土元素，發(fā)現(xiàn)稀土元素的加入能夠細(xì)化合金晶粒，顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)對(duì)合金的韌性影響較小。[國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)2]針對(duì)CrFeCoNi高熵合金在海洋環(huán)境中的耐腐蝕性問(wèn)題，開(kāi)展了深入研究，結(jié)果表明，合金表面能夠形成一層致密的鈍化膜，有效阻擋了腐蝕介質(zhì)的侵蝕，但在含氯離子的海洋環(huán)境中，鈍化膜的穩(wěn)定性受到一定挑戰(zhàn)，容易發(fā)生點(diǎn)蝕等局部腐蝕現(xiàn)象。在C合金化對(duì)高熵合金影響的研究方面，國(guó)內(nèi)外研究也有一定進(jìn)展。國(guó)外有研究表明，在一些高熵合金體系中加入碳元素，能夠形成碳化物強(qiáng)化相，從而提高合金的強(qiáng)度和耐磨性。[國(guó)外團(tuán)隊(duì)3]在研究C合金化對(duì)某高熵合金的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著碳含量的增加，合金中的碳化物數(shù)量增多，分布更加均勻，合金的硬度和屈服強(qiáng)度顯著提高，但延伸率有所下降。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)C合金化在高熵合金中的作用進(jìn)行了探索。[國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)3]研究發(fā)現(xiàn)，在特定高熵合金中，碳元素的加入不僅可以通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化提高合金強(qiáng)度，還能在一定程度上改善合金的高溫抗氧化性能，其原因在于碳化物的形成阻礙了氧原子的擴(kuò)散，減緩了氧化過(guò)程。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在CrFeCoNi高熵合金以及C合金化方面取得了不少成果，但仍存在一些不足與空白。目前對(duì)于C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金的影響研究，多集中在單一性能方面，如力學(xué)性能或腐蝕性能，缺乏對(duì)機(jī)械性能和腐蝕行為綜合影響的系統(tǒng)研究。在C合金化的作用機(jī)制方面，雖然已經(jīng)提出了一些理論，但仍不夠完善，對(duì)于碳在合金中的擴(kuò)散行為、碳化物的形成動(dòng)力學(xué)以及它們與合金基體之間的界面作用等方面的認(rèn)識(shí)還不夠深入。此外，目前的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室制備的合金樣品上，對(duì)于如何將C合金化的CrFeCoNi高熵合金實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，以及在實(shí)際工程應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性等方面的研究還相對(duì)較少。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究聚焦于C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能和腐蝕行為的影響，具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：合金制備與微觀結(jié)構(gòu)表征：采用真空電弧熔煉法制備不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金，通過(guò)控制碳的添加量，系統(tǒng)研究碳含量變化對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)的影響。利用X射線(xiàn)衍射（XRD）分析合金的相組成，確定不同碳含量下合金中存在的相結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律。借助掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察合金的微觀組織形貌，包括晶粒尺寸、形狀、分布以及碳化物的形成與分布情況。通過(guò)能譜分析（EDS）確定合金中各元素的分布，特別是碳在合金中的分布狀態(tài)，以及碳與其他元素之間的相互作用。機(jī)械性能測(cè)試與分析：對(duì)制備的合金進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，測(cè)定合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)，分析碳含量對(duì)這些性能的影響規(guī)律。進(jìn)行硬度測(cè)試，研究碳含量對(duì)合金硬度的影響，探討硬度與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過(guò)高溫拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，研究合金在不同溫度和加載速率下的力學(xué)性能，分析碳對(duì)合金高溫性能和沖擊韌性的影響機(jī)制。結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析，探討碳在合金中的強(qiáng)化機(jī)制，包括固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化等對(duì)合金機(jī)械性能的貢獻(xiàn)。腐蝕行為研究：采用電化學(xué)工作站，通過(guò)動(dòng)電位極化曲線(xiàn)和電化學(xué)阻抗譜等測(cè)試方法，研究不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金在不同腐蝕介質(zhì)中的腐蝕電位、腐蝕電流密度、極化電阻等電化學(xué)參數(shù)，評(píng)估碳含量對(duì)合金耐腐蝕性能的影響。通過(guò)浸泡試驗(yàn)，觀察合金在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕形貌，分析腐蝕產(chǎn)物的成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步了解合金的腐蝕機(jī)制。研究碳化物的形成與分布對(duì)合金腐蝕行為的影響，探討碳化物與合金基體之間的界面在腐蝕過(guò)程中的作用。分析合金表面鈍化膜的性質(zhì)和穩(wěn)定性，研究碳含量對(duì)鈍化膜形成、生長(zhǎng)和破壞的影響，揭示鈍化膜與合金耐腐蝕性能之間的關(guān)系。在研究方法上，本研究綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的手段。實(shí)驗(yàn)研究方面，通過(guò)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。利用先進(jìn)的材料制備技術(shù)和性能測(cè)試設(shè)備，全面、系統(tǒng)地研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金性能的影響。理論分析方面，結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)合金的微觀結(jié)構(gòu)演變、相形成機(jī)制以及腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行深入分析。借助第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法，從原子尺度揭示碳在合金中的作用機(jī)制，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供理論支持。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論的相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，深入揭示C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能和腐蝕行為的影響規(guī)律及內(nèi)在機(jī)制。二、高熵合金及C合金化原理概述2.1高熵合金基本概念高熵合金作為材料科學(xué)領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新，以其獨(dú)特的成分設(shè)計(jì)和優(yōu)異性能，打破了傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念，開(kāi)啟了材料研究的新紀(jì)元。2004年，由葉均蔚（J.W.Yeh）和坎托（B.Cantor）等學(xué)者首次提出這一概念，高熵合金通常是指由五種或五種以上主要元素，以等摩爾比或近等摩爾比組成的合金體系。這種多元合金體系突破了傳統(tǒng)合金以一種或兩種主要元素為基礎(chǔ)，添加少量其他元素的設(shè)計(jì)模式，使得合金中各主要元素的原子分?jǐn)?shù)大致相等，一般在5%-35%之間。例如，典型的Cantor合金CrMnFeCoNi，便是由Cr、Mn、Fe、Co、Ni五種元素以等摩爾比組成。從熱力學(xué)角度來(lái)看，高熵合金的核心特征是具有高混合熵。根據(jù)熵的定義，系統(tǒng)的混亂度越高，熵值越大。在高熵合金中，多種元素的原子在晶格中隨機(jī)分布，極大地增加了系統(tǒng)的混亂程度，從而產(chǎn)生較高的混合熵。這種高混合熵對(duì)合金的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了重要影響，是高熵合金區(qū)別于傳統(tǒng)合金的關(guān)鍵因素之一。高混合熵有利于穩(wěn)定合金的固溶體結(jié)構(gòu)，抑制脆性金屬間化合物的形成。在傳統(tǒng)合金中，由于元素種類(lèi)較少，原子排列相對(duì)有序，容易形成金屬間化合物，這些化合物往往脆性較大，會(huì)降低合金的綜合性能。而在高熵合金中，高混合熵使得合金傾向于形成簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)，各元素原子均勻地分布在晶格中，減少了脆性相的產(chǎn)生，從而提高了合金的韌性和塑性。高熵合金的晶體結(jié)構(gòu)通常為簡(jiǎn)單的面心立方（FCC）、體心立方（BCC）或它們的混合結(jié)構(gòu)。這種相對(duì)簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)為合金的性能提供了基礎(chǔ)。例如，面心立方結(jié)構(gòu)的高熵合金通常具有良好的塑性和韌性，因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц裰械脑优帕蟹绞绞沟梦诲e(cuò)滑移更容易進(jìn)行，從而使合金在受力時(shí)能夠發(fā)生較大的塑性變形而不發(fā)生斷裂。體心立方結(jié)構(gòu)的高熵合金則往往具有較高的強(qiáng)度和硬度，這是由于體心立方晶格中的原子排列相對(duì)緊密，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力較大，使得合金在受力時(shí)更難發(fā)生塑性變形。高熵合金在力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等方面展現(xiàn)出諸多優(yōu)異特性。在力學(xué)性能方面，高熵合金通常具有高強(qiáng)度和高硬度。這是由于多種元素的加入導(dǎo)致晶格畸變，產(chǎn)生了固溶強(qiáng)化效應(yīng)，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。此外，高熵合金還具有良好的加工硬化能力，在塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)不斷增殖和相互作用，使得合金的強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高。在物理性能方面，一些高熵合金表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)和熱學(xué)性能。某些高熵合金具有高電阻特性，可用于制造電阻元件；一些高熵合金還具有特殊的磁性，可應(yīng)用于磁性材料領(lǐng)域。在化學(xué)性能方面，高熵合金通常具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能。其元素的多樣性使得表面能夠形成更加致密和穩(wěn)定的氧化膜，有效阻止了腐蝕介質(zhì)和氧氣的侵蝕，提高了合金在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金在成分和結(jié)構(gòu)上存在顯著差異。在成分方面，傳統(tǒng)合金通常以一種或兩種主要元素為基體，添加少量其他元素來(lái)改善性能。而高熵合金由多種主要元素組成，各元素的原子分?jǐn)?shù)相近，不存在明顯的主次之分。在結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)合金的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，可能包含多種相，如金屬間化合物相、第二相粒子等。這些相的存在雖然可以通過(guò)不同的強(qiáng)化機(jī)制提高合金的強(qiáng)度，但也可能導(dǎo)致合金的韌性下降。高熵合金則傾向于形成簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)，相組成相對(duì)單一，這種結(jié)構(gòu)使得合金的性能更加均勻，同時(shí)也減少了因相界面問(wèn)題導(dǎo)致的性能劣化。這些差異使得高熵合金在性能上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為其在航空航天、汽車(chē)制造、能源、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的空間。2.2CrFeCoNi高熵合金特性與應(yīng)用領(lǐng)域CrFeCoNi高熵合金作為高熵合金體系中的重要一員，憑借其獨(dú)特的面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出一系列優(yōu)異的特性，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景。從特性方面來(lái)看，CrFeCoNi高熵合金具有出色的力學(xué)性能。在室溫下，其具備良好的強(qiáng)度和韌性，能夠承受一定程度的外力而不發(fā)生脆性斷裂。這主要?dú)w因于其面心立方結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)的滑移提供了較多的滑移系，使得合金在受力時(shí)能夠通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有效地協(xié)調(diào)應(yīng)變，從而表現(xiàn)出良好的塑性變形能力。研究表明，CrFeCoNi高熵合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足一些常規(guī)工程應(yīng)用的需求，同時(shí)其延伸率也相對(duì)較高，保證了合金在變形過(guò)程中的穩(wěn)定性。在高溫環(huán)境下，CrFeCoNi高熵合金依然保持著較好的力學(xué)性能。雖然隨著溫度的升高，原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度有所下降，但與傳統(tǒng)合金相比，其高溫穩(wěn)定性更為突出。在一定的高溫范圍內(nèi)，CrFeCoNi高熵合金能夠維持較高的強(qiáng)度和硬度，這使得它在高溫服役的場(chǎng)景中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件應(yīng)用中，CrFeCoNi高熵合金能夠在高溫下保持結(jié)構(gòu)的完整性和力學(xué)性能的穩(wěn)定性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和可靠性。CrFeCoNi高熵合金還具有優(yōu)異的耐腐蝕性。合金中的Cr元素在合金表面形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜能夠有效地阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，從而提高合金的耐腐蝕性能。在不同的腐蝕環(huán)境中，如酸性溶液、堿性溶液以及含有氯離子的海洋環(huán)境中，CrFeCoNi高熵合金都表現(xiàn)出良好的抗腐蝕能力。在酸性環(huán)境下，合金表面的氧化膜能夠抵御氫離子的侵蝕，減緩合金的腐蝕速率；在海洋環(huán)境中，雖然氯離子具有較強(qiáng)的腐蝕性，但CrFeCoNi高熵合金表面的氧化膜依然能夠在一定程度上抑制點(diǎn)蝕等局部腐蝕的發(fā)生，延長(zhǎng)合金的使用壽命。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，航空航天領(lǐng)域是CrFeCoNi高熵合金的重要應(yīng)用方向之一。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，其高溫部件如渦輪葉片、燃燒室等，需要承受高溫、高壓以及高速氣流的沖刷，對(duì)材料的高溫性能、力學(xué)性能和耐腐蝕性能要求極高。CrFeCoNi高熵合金憑借其良好的高溫穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和優(yōu)異的耐腐蝕性，成為制造這些部件的理想材料。使用CrFeCoNi高熵合金制造的渦輪葉片，能夠在高溫環(huán)境下保持良好的力學(xué)性能，減少因高溫變形和腐蝕導(dǎo)致的部件失效，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和可靠性，進(jìn)而降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本，提升飛行器的性能。在飛行器的機(jī)身結(jié)構(gòu)材料方面，CrFeCoNi高熵合金的高強(qiáng)度和良好的加工性能也使其具有應(yīng)用潛力。采用CrFeCoNi高熵合金制造機(jī)身結(jié)構(gòu)部件，可以在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，減輕部件重量，提高飛行器的燃油效率和飛行性能。汽車(chē)制造領(lǐng)域也是CrFeCoNi高熵合金的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造中，CrFeCoNi高熵合金可以用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，如活塞、氣門(mén)等。這些部件在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中需要承受高溫、高壓和高速摩擦的作用，對(duì)材料的性能要求苛刻。CrFeCoNi高熵合金的高強(qiáng)度、高硬度以及良好的耐磨性，能夠滿(mǎn)足這些部件的使用要求，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。使用CrFeCoNi高熵合金制造的活塞，能夠在高溫高壓的環(huán)境下保持良好的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能，減少活塞的磨損和變形，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和耐久性。在汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，CrFeCoNi高熵合金也可用于制造齒輪、傳動(dòng)軸等部件，其良好的力學(xué)性能和耐磨性能能夠提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。能源領(lǐng)域同樣為CrFeCoNi高熵合金提供了廣闊的應(yīng)用空間。在核反應(yīng)堆中，內(nèi)部部件需要承受強(qiáng)烈的輻照、高溫以及腐蝕性介質(zhì)的作用，對(duì)材料的抗輻照性能、高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性要求極高。CrFeCoNi高熵合金由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和元素組成，表現(xiàn)出較好的抗輻照性能，能夠在一定程度上抵抗輻照損傷，保持材料的性能穩(wěn)定性。其優(yōu)異的耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性也使其能夠滿(mǎn)足核反應(yīng)堆內(nèi)部部件的使用要求，成為制造核反應(yīng)堆部件的潛在材料之一。在新能源領(lǐng)域，如燃料電池的制造中，CrFeCoNi高熵合金可以用于制造電極材料或電池的結(jié)構(gòu)部件。其良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，有助于提高燃料電池的性能和使用壽命。除了上述領(lǐng)域，CrFeCoNi高熵合金在電子、化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。在電子領(lǐng)域，其良好的電學(xué)性能和穩(wěn)定性，可用于制造電子器件的散熱部件或電極材料。在化工領(lǐng)域，憑借其優(yōu)異的耐腐蝕性，可用于制造化工設(shè)備中的反應(yīng)釜、管道等部件，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，CrFeCoNi高熵合金的生物相容性和耐腐蝕性使其有可能用于制造人工關(guān)節(jié)、植入物等醫(yī)療器械，為解決生物醫(yī)學(xué)材料的相關(guān)問(wèn)題提供新的選擇。2.3C合金化原理與作用機(jī)制C合金化是通過(guò)向合金體系中引入碳元素，利用碳與合金中其他元素之間的相互作用，改變合金的微觀結(jié)構(gòu)和性能的一種方法。其原理基于碳元素獨(dú)特的原子特性和在合金中的行為。碳的原子半徑較小，僅為0.077nm，這使得它在合金中既可以以間隙原子的形式固溶于金屬晶格中，形成間隙固溶體，也可以與金屬元素形成碳化物。當(dāng)碳以間隙原子的形式固溶于CrFeCoNi高熵合金的基體中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。由于碳的原子半徑與合金基體中金屬原子的半徑差異較大，碳的溶入會(huì)使合金晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)。這種彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)相互作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)是晶體中一種線(xiàn)缺陷，在材料的塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)塑性變形的主要機(jī)制。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到由碳引起的晶格畸變區(qū)域時(shí)，需要克服更大的阻力，從而增加了材料的變形難度，提高了合金的強(qiáng)度和硬度。這種固溶強(qiáng)化效果與碳的含量密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，碳含量越高，晶格畸變程度越大，固溶強(qiáng)化效果越顯著。但當(dāng)碳含量超過(guò)一定限度時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致合金的韌性下降，因?yàn)檫^(guò)多的晶格畸變會(huì)增加材料內(nèi)部的應(yīng)力集中，使材料更容易發(fā)生脆性斷裂。碳與合金中的金屬元素，如Cr、Fe、Co、Ni等，具有一定的化學(xué)親和力，在一定條件下會(huì)形成碳化物。這些碳化物通常具有高硬度、高熔點(diǎn)和高化學(xué)穩(wěn)定性的特點(diǎn)。在CrFeCoNi高熵合金中，常見(jiàn)的碳化物類(lèi)型包括MC型（如CrC、FeC等）、M23C6型（如Cr23C6等）。碳化物的形成會(huì)對(duì)合金的性能產(chǎn)生多方面的影響。從強(qiáng)化角度來(lái)看，碳化物作為第二相粒子，能夠起到析出強(qiáng)化的作用。當(dāng)合金發(fā)生塑性變形時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)遇到碳化物粒子。對(duì)于尺寸較小且與基體共格的碳化物粒子，位錯(cuò)可以通過(guò)切過(guò)的方式繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但在切過(guò)過(guò)程中，位錯(cuò)需要克服碳化物與基體之間的界面能以及碳化物本身的強(qiáng)度，從而消耗額外的能量，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，提高了合金的強(qiáng)度。對(duì)于尺寸較大且與基體非共格的碳化物粒子，位錯(cuò)難以切過(guò)，只能繞過(guò)碳化物粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)繞過(guò)碳化物粒子的過(guò)程會(huì)在碳化物周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)，隨著變形的進(jìn)行，位錯(cuò)環(huán)不斷積累，形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使合金的強(qiáng)度和硬度顯著提高。這種析出強(qiáng)化效果不僅與碳化物的類(lèi)型有關(guān)，還與碳化物的尺寸、數(shù)量和分布密切相關(guān)。細(xì)小、彌散分布的碳化物粒子能夠提供更多的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙點(diǎn)，從而更有效地提高合金的強(qiáng)度。碳化物在合金中的分布對(duì)合金的性能也有重要影響。如果碳化物均勻分布在合金基體中，能夠均勻地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使合金的強(qiáng)度和硬度得到全面提升。然而，如果碳化物在晶界處偏聚或形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上可以強(qiáng)化晶界，但也會(huì)導(dǎo)致晶界的脆性增加。在受力時(shí)，晶界處的應(yīng)力集中更容易引發(fā)裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而降低合金的韌性和塑性。此外，碳化物的存在還可能影響合金的耐腐蝕性。一方面，碳化物本身具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在一定程度上可以提高合金的耐腐蝕性能。另一方面，如果碳化物與基體之間的電位差較大，在腐蝕介質(zhì)中可能會(huì)形成微電池，加速合金的腐蝕過(guò)程。特別是當(dāng)碳化物在晶界處聚集時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致晶界腐蝕的發(fā)生，嚴(yán)重降低合金的耐腐蝕性能。C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金性能的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化以及碳化物的分布等多種因素的相互作用。深入理解這些作用機(jī)制，對(duì)于通過(guò)C合金化來(lái)優(yōu)化CrFeCoNi高熵合金的性能，使其滿(mǎn)足不同工程應(yīng)用的需求具有重要意義。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)旨在深入研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能和腐蝕行為的影響，原材料的選擇和準(zhǔn)備是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵起始環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)選用的原材料為高純度的Cr、Fe、Co、Ni金屬單質(zhì)以及石墨粉作為碳源。其中，Cr、Fe、Co、Ni金屬單質(zhì)的純度均達(dá)到99.9%以上，這是因?yàn)楦呒兌鹊慕饘賳钨|(zhì)能夠最大程度減少雜質(zhì)元素對(duì)合金性能的干擾，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。雜質(zhì)元素的存在可能會(huì)與合金中的主要元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一些不期望的相，從而改變合金的微觀結(jié)構(gòu)和性能。高純度的金屬單質(zhì)也能保證合金成分的精確控制，使得實(shí)驗(yàn)中不同碳含量的合金樣品具有良好的一致性和可比性。Cr、Fe、Co、Ni金屬單質(zhì)均為塊狀，尺寸約為20mm×20mm×5mm。這種尺寸的選擇既便于操作和稱(chēng)量，又能保證在熔煉過(guò)程中金屬充分熔化并均勻混合。過(guò)大的尺寸可能導(dǎo)致熔煉不均勻，而過(guò)小的尺寸則可能在稱(chēng)量過(guò)程中產(chǎn)生較大誤差，影響合金成分的準(zhǔn)確性。石墨粉的純度同樣為99.9%，其平均粒徑約為5μm。選擇粒徑為5μm的石墨粉，是因?yàn)樵摿郊饶鼙ＷC碳在合金中的均勻分布，又不會(huì)因粒徑過(guò)小而在稱(chēng)量和混合過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多的操作困難。粒徑過(guò)小的石墨粉容易團(tuán)聚，難以與金屬單質(zhì)均勻混合，而粒徑過(guò)大則可能導(dǎo)致碳在合金中分布不均勻，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)Cr、Fe、Co、Ni金屬塊進(jìn)行仔細(xì)的預(yù)處理。首先，使用砂紙對(duì)金屬塊表面進(jìn)行打磨，去除表面的氧化層和雜質(zhì)，以確保金屬表面的清潔。氧化層和雜質(zhì)的存在會(huì)影響金屬的熔化和合金化過(guò)程，降低合金的質(zhì)量。然后，將打磨后的金屬塊放入丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗15分鐘，進(jìn)一步去除表面的油污和微小顆粒。超聲清洗能夠利用超聲波的空化作用，有效去除金屬表面難以用常規(guī)方法清除的污染物。清洗后的金屬塊在真空干燥箱中于80℃下干燥2小時(shí)，以去除表面殘留的水分。水分的存在可能會(huì)在熔煉過(guò)程中引起金屬的氧化和飛濺，影響實(shí)驗(yàn)的安全性和合金的質(zhì)量。對(duì)于石墨粉，在使用前同樣進(jìn)行干燥處理。將石墨粉放入真空干燥箱中，在100℃下干燥3小時(shí)，以去除其中的水分和揮發(fā)性雜質(zhì)。水分和揮發(fā)性雜質(zhì)的存在可能會(huì)在合金化過(guò)程中產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致合金中出現(xiàn)氣孔等缺陷，影響合金的性能。在確定各原材料的用量時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金成分，利用電子天平進(jìn)行精確稱(chēng)量。電子天平的精度為0.0001g，能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)對(duì)成分控制的高精度要求。通過(guò)精確稱(chēng)量不同質(zhì)量的石墨粉與固定質(zhì)量的Cr、Fe、Co、Ni金屬單質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)合金中碳含量的精確調(diào)控。例如，為制備碳含量為0.5at.%的CrFeCoNi高熵合金，根據(jù)各元素的原子量和所需的原子百分比，精確計(jì)算并稱(chēng)量相應(yīng)質(zhì)量的Cr、Fe、Co、Ni金屬單質(zhì)和石墨粉。這種精確的成分控制方法，能夠?yàn)楹罄m(xù)研究碳含量對(duì)合金性能的影響提供可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。3.2合金制備工藝本實(shí)驗(yàn)采用真空電弧熔煉法制備不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金。真空電弧熔煉是一種在高真空環(huán)境下，利用電弧放電產(chǎn)生的高溫使金屬原料熔化并混合均勻的熔煉方法。其原理基于電弧的高溫效應(yīng)，在真空環(huán)境中，電極與金屬原料之間產(chǎn)生的電弧能夠釋放出大量的熱量，使金屬迅速熔化。這種方法具有熔煉速度快、溫度高、能夠有效減少雜質(zhì)污染等優(yōu)點(diǎn)。在進(jìn)行真空電弧熔煉之前，首先將預(yù)處理好的Cr、Fe、Co、Ni金屬塊和石墨粉按照預(yù)定的成分比例放入水冷銅坩堝中。水冷銅坩堝能夠快速帶走熱量，使熔化后的合金迅速冷卻凝固，有助于獲得均勻的微觀結(jié)構(gòu)。將坩堝放入真空電弧熔煉爐的真空室內(nèi)，關(guān)閉爐門(mén)后，啟動(dòng)真空泵對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，使真空度達(dá)到5×10?3Pa以下。這一高真空環(huán)境能夠有效減少熔煉過(guò)程中金屬與空氣中氧氣、氮?dú)獾入s質(zhì)的反應(yīng)，避免形成氧化物、氮化物等雜質(zhì)相，從而保證合金的純度和質(zhì)量。當(dāng)真空度達(dá)到要求后，通入高純氬氣作為保護(hù)氣體，將真空室內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)至1×10?Pa。高純氬氣能夠在熔煉過(guò)程中形成一層保護(hù)氣幕，進(jìn)一步防止金屬氧化，確保合金成分的準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)完成后，利用高頻引弧裝置引燃電弧，使電極與金屬原料之間產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧放電。電弧的溫度可高達(dá)數(shù)千攝氏度，能夠迅速將金屬原料熔化。在熔煉過(guò)程中，通過(guò)控制電弧電流和電壓，使金屬保持充分熔化狀態(tài)，并利用電磁攪拌裝置對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，確保合金成分均勻混合。電弧電流控制在500-800A之間，電壓控制在20-30V之間。電磁攪拌的頻率為5-10Hz，這樣的參數(shù)設(shè)置能夠使合金在熔煉過(guò)程中充分混合，保證成分的均勻性。每次熔煉持續(xù)時(shí)間為10-15分鐘，以確保所有金屬原料完全熔化并均勻混合。熔煉結(jié)束后，關(guān)閉電弧電源，讓合金在水冷銅坩堝中自然冷卻凝固。為了進(jìn)一步提高合金的均勻性，將凝固后的合金錠再次放入真空電弧熔煉爐中進(jìn)行重熔，重復(fù)熔煉3-5次。經(jīng)過(guò)多次重熔后，合金成分更加均勻，減少了成分偏析現(xiàn)象，從而提高了合金的質(zhì)量和性能穩(wěn)定性。除了真空電弧熔煉法，粉末冶金法也是制備高熵合金的常用方法之一。粉末冶金法是將金屬粉末或金屬與非金屬粉末按一定比例混合，經(jīng)過(guò)壓制、燒結(jié)等工藝制成合金材料的方法。其工藝流程主要包括粉末制備、混合、壓制和燒結(jié)等步驟。在粉末制備階段，可采用霧化法、機(jī)械合金化法等方法制備高純度的金屬粉末。混合過(guò)程中，將不同金屬粉末和碳粉按照預(yù)定比例充分混合，以保證成分的均勻性。壓制是在一定壓力下將混合粉末壓制成所需形狀的坯體。燒結(jié)則是將坯體在高溫下進(jìn)行加熱，使粉末顆粒之間發(fā)生原子擴(kuò)散和結(jié)合，從而形成致密的合金材料。粉末冶金法具有能夠精確控制合金成分、制備復(fù)雜形狀零件、減少材料浪費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。由于粉末顆粒之間的接觸面積大，在燒結(jié)過(guò)程中原子擴(kuò)散速度快，能夠在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)合金化，有利于制備一些難以通過(guò)熔煉法制備的合金。但粉末冶金法也存在一些缺點(diǎn)，如粉末制備成本較高、壓制和燒結(jié)過(guò)程中可能產(chǎn)生孔隙等缺陷，影響合金的性能。不同的制備方法對(duì)合金的質(zhì)量和性能有著顯著的影響。真空電弧熔煉法制備的合金具有較高的致密度和良好的力學(xué)性能，由于熔煉過(guò)程中溫度高、冷卻速度快，合金的晶粒尺寸相對(duì)較小，組織均勻性較好。但該方法制備的合金可能存在一定程度的成分偏析，尤其是對(duì)于一些熔點(diǎn)差異較大的元素，在熔煉和凝固過(guò)程中容易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。粉末冶金法制備的合金能夠精確控制成分，適合制備對(duì)成分要求嚴(yán)格的合金。但由于燒結(jié)過(guò)程中難以完全消除孔隙，合金的致密度相對(duì)較低，可能會(huì)影響合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。在選擇合金制備方法時(shí)，需要根據(jù)具體的研究目的和應(yīng)用需求，綜合考慮各種因素，選擇最適合的制備方法。3.3性能測(cè)試方法3.3.1機(jī)械性能測(cè)試為全面評(píng)估不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金的機(jī)械性能，本實(shí)驗(yàn)采用了多種先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試流程。室溫拉伸試驗(yàn)是研究合金力學(xué)性能的重要手段之一，通過(guò)該試驗(yàn)可獲取合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等關(guān)鍵指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)使用的是型號(hào)為Instron5982的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備具有高精度的力傳感器和位移測(cè)量系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量材料在拉伸過(guò)程中的力和位移變化。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》，首先將制備好的合金加工成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試樣，其標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，直徑為6mm。在試驗(yàn)前，對(duì)試樣的尺寸進(jìn)行精確測(cè)量，確保尺寸誤差在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。將試樣安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具上，調(diào)整好夾具的位置，保證試樣的軸線(xiàn)與拉伸力的方向一致。設(shè)置拉伸速率為0.00167s?1，該速率符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。在拉伸過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄力-位移曲線(xiàn)，當(dāng)試樣發(fā)生斷裂時(shí)，試驗(yàn)自動(dòng)停止。通過(guò)力-位移曲線(xiàn)，利用公式計(jì)算出合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率。屈服強(qiáng)度是指材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，即抵抗微量塑性變形的應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度是材料在拉伸斷裂前所能夠承受的最大應(yīng)力；延伸率則是衡量材料塑性變形能力的指標(biāo)，通過(guò)試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的差值與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的比值來(lái)計(jì)算。硬度測(cè)試是評(píng)估合金抵抗局部塑性變形能力的重要方法，本實(shí)驗(yàn)采用布氏硬度測(cè)試法，使用的設(shè)備為HB-3000B型布氏硬度計(jì)。布氏硬度測(cè)試法是將一定直徑的硬質(zhì)合金壓頭，在一定載荷下，壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑，根據(jù)壓痕直徑和載荷大小，通過(guò)公式計(jì)算出布氏硬度值。在測(cè)試前，先對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保硬度計(jì)的準(zhǔn)確性。將合金試樣放置在硬度計(jì)的工作臺(tái)上，調(diào)整好試樣的位置，使壓頭與試樣表面垂直。選擇直徑為10mm的硬質(zhì)合金壓頭，施加3000kgf的試驗(yàn)力，保持時(shí)間為30s。每個(gè)試樣在不同位置測(cè)量5次，取平均值作為該試樣的布氏硬度值。這樣的測(cè)試方法和參數(shù)選擇，能夠準(zhǔn)確反映合金的硬度特性，同時(shí)多次測(cè)量取平均值也能減小測(cè)量誤差，提高數(shù)據(jù)的可靠性。除了室溫下的力學(xué)性能測(cè)試，高溫拉伸試驗(yàn)對(duì)于研究合金在高溫環(huán)境下的力學(xué)行為具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)使用的是配備高溫爐的Instron8801型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，能夠精確控制試驗(yàn)溫度和加載速率。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4338-2015《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》，將合金加工成適合高溫拉伸試驗(yàn)的試樣，尺寸與室溫拉伸試樣類(lèi)似，但在試樣設(shè)計(jì)上考慮了高溫環(huán)境下的特殊要求，如增加試樣的支撐結(jié)構(gòu)，防止在高溫下試樣因自重而變形。將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的高溫爐內(nèi)，通過(guò)程序升溫至設(shè)定的試驗(yàn)溫度，如600℃、800℃等。在升溫過(guò)程中，以10℃/min的速率緩慢升溫，避免溫度變化過(guò)快對(duì)試樣造成熱沖擊。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后，保溫10min，使試樣溫度均勻穩(wěn)定。設(shè)置拉伸速率為0.001s?1，在高溫下對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄力-位移曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)高溫下的力-位移曲線(xiàn)分析，計(jì)算出合金在不同高溫下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)。這些指標(biāo)能夠反映合金在高溫環(huán)境下的強(qiáng)度、塑性等性能變化，對(duì)于評(píng)估合金在高溫服役條件下的可靠性具有重要參考價(jià)值。沖擊試驗(yàn)用于測(cè)定合金在沖擊載荷下的韌性，是評(píng)估合金抗沖擊能力的重要手段。本實(shí)驗(yàn)采用的是JB-300B型沖擊試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。將合金加工成標(biāo)準(zhǔn)的夏比V型缺口沖擊試樣，尺寸為10mm×10mm×55mm，缺口深度為2mm。在試驗(yàn)前，檢查沖擊試驗(yàn)機(jī)的擺錘、刀刃等部件，確保其處于良好的工作狀態(tài)。將試樣放置在沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，使缺口位于沖擊刀刃的對(duì)面，且試樣的軸線(xiàn)與沖擊刀刃垂直。調(diào)整好試樣的位置后，釋放擺錘，使擺錘以一定的速度沖擊試樣。沖擊試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄沖擊功，即試樣在沖擊過(guò)程中吸收的能量。每個(gè)合金成分的試樣測(cè)試5次，取平均值作為該合金的沖擊韌性值。沖擊韌性值能夠反映合金在沖擊載荷下抵抗斷裂的能力，對(duì)于評(píng)估合金在承受沖擊載荷的工程應(yīng)用中的性能具有重要意義。不同的機(jī)械性能測(cè)試反映了合金不同方面的性能指標(biāo)。拉伸試驗(yàn)主要反映合金的強(qiáng)度和塑性，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度體現(xiàn)了合金抵抗塑性變形和斷裂的能力，延伸率則表示合金的塑性變形能力。硬度測(cè)試反映了合金抵抗局部塑性變形的能力，硬度值越高，表明合金在局部受力時(shí)越不容易發(fā)生塑性變形。高溫拉伸試驗(yàn)反映了合金在高溫環(huán)境下的力學(xué)性能變化，對(duì)于評(píng)估合金在高溫服役條件下的可靠性至關(guān)重要。沖擊試驗(yàn)反映了合金的韌性，即合金在沖擊載荷下吸收能量的能力，沖擊韌性值越高，合金的抗沖擊能力越強(qiáng)。這些測(cè)試方法相互補(bǔ)充，能夠全面、系統(tǒng)地評(píng)估C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能的影響。3.3.2腐蝕行為測(cè)試為深入探究不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金在不同腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能，本實(shí)驗(yàn)采用了多種先進(jìn)的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和腐蝕形貌觀察方法。動(dòng)電位極化曲線(xiàn)測(cè)試是研究合金腐蝕行為的重要電化學(xué)方法之一，通過(guò)該測(cè)試可獲取合金的腐蝕電位、腐蝕電流密度等關(guān)鍵電化學(xué)參數(shù)，從而評(píng)估合金的耐腐蝕性能。本實(shí)驗(yàn)使用的是CHI660E型電化學(xué)工作站，該設(shè)備具有高精度的電位和電流測(cè)量功能，能夠準(zhǔn)確測(cè)量合金在腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)信號(hào)變化。采用三電極體系，工作電極即為制備好的不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金試樣，將試樣加工成10mm×10mm×2mm的片狀，用砂紙將表面打磨至鏡面，然后用丙酮和無(wú)水乙醇依次超聲清洗，去除表面的油污和雜質(zhì)，最后用去離子水沖洗干凈并吹干。對(duì)電極采用大面積的鉑片，參比電極選用飽和甘汞電極（SCE）。將三電極體系浸入腐蝕介質(zhì)中，本實(shí)驗(yàn)選用的腐蝕介質(zhì)為3.5%NaCl溶液，該溶液模擬了海洋環(huán)境中的主要腐蝕介質(zhì)。在測(cè)試前，先將試樣在腐蝕介質(zhì)中浸泡30min，使試樣表面達(dá)到穩(wěn)定的電化學(xué)狀態(tài)。設(shè)置電位掃描范圍為相對(duì)于開(kāi)路電位-0.5V至+0.5V，掃描速率為0.001V/s。在掃描過(guò)程中，電化學(xué)工作站實(shí)時(shí)記錄電流密度與電位的關(guān)系曲線(xiàn)，即動(dòng)電位極化曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)極化曲線(xiàn)的分析，利用塔菲爾外推法可計(jì)算出合金的腐蝕電位（Ecorr）和腐蝕電流密度（Icorr）。腐蝕電位是指合金在腐蝕介質(zhì)中處于平衡狀態(tài)時(shí)的電極電位，腐蝕電位越高，表明合金越不容易發(fā)生腐蝕。腐蝕電流密度則反映了合金的腐蝕速率，腐蝕電流密度越小，說(shuō)明合金的腐蝕速率越慢，耐腐蝕性能越好。電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試是一種研究合金腐蝕過(guò)程中電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和界面特性的有效方法。本實(shí)驗(yàn)同樣使用CHI660E型電化學(xué)工作站進(jìn)行EIS測(cè)試。在三電極體系和3.5%NaCl溶液環(huán)境下，在開(kāi)路電位下對(duì)試樣施加一個(gè)幅值為10mV的正弦交流信號(hào)，頻率范圍設(shè)置為10?Hz至10?2Hz。電化學(xué)工作站自動(dòng)采集不同頻率下的阻抗數(shù)據(jù)，并繪制出阻抗模值（|Z|）與頻率（f）的關(guān)系曲線(xiàn)，即Nyquist圖和Bode圖。通過(guò)對(duì)EIS圖譜的分析，利用等效電路模型進(jìn)行擬合，可以得到合金的極化電阻（Rp）、雙電層電容（Cdl）等參數(shù)。極化電阻是反映合金耐腐蝕性能的重要參數(shù)，極化電阻越大，表明合金的耐腐蝕性能越好。雙電層電容則與合金表面的電荷分布和界面特性有關(guān)，通過(guò)分析雙電層電容的變化，可以了解合金表面狀態(tài)在腐蝕過(guò)程中的變化情況。浸泡試驗(yàn)是一種直觀研究合金在腐蝕介質(zhì)中腐蝕行為的方法。將不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金加工成尺寸為20mm×20mm×3mm的塊狀試樣，經(jīng)過(guò)表面打磨、清洗等預(yù)處理后，將試樣完全浸入裝有3.5%NaCl溶液的玻璃容器中。每個(gè)試樣在溶液中浸泡7天，在浸泡過(guò)程中，每隔24小時(shí)觀察一次試樣的腐蝕情況，并記錄下來(lái)。浸泡結(jié)束后，取出試樣，用去離子水沖洗干凈，然后用無(wú)水乙醇清洗并吹干。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察試樣的腐蝕形貌，通過(guò)SEM圖像可以清晰地看到合金表面的腐蝕特征，如腐蝕坑的大小、形狀和分布情況等。同時(shí)，利用能譜分析（EDS）對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，確定腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)組成，進(jìn)一步了解合金的腐蝕機(jī)制。如果在腐蝕產(chǎn)物中檢測(cè)到大量的金屬氧化物，說(shuō)明合金在腐蝕過(guò)程中發(fā)生了氧化反應(yīng)；若檢測(cè)到含氯化合物，則表明氯離子在腐蝕過(guò)程中起到了重要作用。合金表面鈍化膜的性質(zhì)和穩(wěn)定性對(duì)其耐腐蝕性能有著重要影響。為研究碳含量對(duì)鈍化膜的影響，采用X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）對(duì)合金表面鈍化膜的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。將經(jīng)過(guò)腐蝕試驗(yàn)后的合金試樣表面進(jìn)行清洗和處理，然后放入XPS儀器中進(jìn)行測(cè)試。XPS可以精確測(cè)量鈍化膜中各元素的化學(xué)狀態(tài)和相對(duì)含量，通過(guò)分析XPS譜圖，可以了解鈍化膜中金屬氧化物、氫氧化物等成分的組成和分布情況。如果鈍化膜中富含Cr的氧化物，且Cr的價(jià)態(tài)較高，說(shuō)明鈍化膜具有較好的穩(wěn)定性，能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，提高合金的耐腐蝕性能。若鈍化膜中存在較多的缺陷或雜質(zhì)，可能會(huì)降低鈍化膜的穩(wěn)定性，使合金更容易發(fā)生腐蝕。通過(guò)動(dòng)電位極化曲線(xiàn)測(cè)試、電化學(xué)阻抗譜測(cè)試、浸泡試驗(yàn)以及鈍化膜分析等多種方法的綜合應(yīng)用，可以全面、深入地研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金腐蝕行為的影響，揭示合金在不同腐蝕環(huán)境下的腐蝕機(jī)制，為提高合金的耐腐蝕性能提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。3.4微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)為深入研究不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金的微觀結(jié)構(gòu)特征及其與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，本實(shí)驗(yàn)采用了多種先進(jìn)的微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)。X射線(xiàn)衍射（XRD）分析是確定合金相組成和晶體結(jié)構(gòu)的重要手段。實(shí)驗(yàn)使用的是D8Advance型X射線(xiàn)衍射儀，采用CuKα輻射源，波長(zhǎng)為0.15406nm。將合金試樣切割成尺寸約為10mm×10mm×2mm的片狀，經(jīng)過(guò)表面拋光處理后，放入XRD儀器的樣品臺(tái)上。設(shè)置掃描范圍為20°-90°，掃描速率為0.02°/s。在XRD分析過(guò)程中，X射線(xiàn)照射到合金試樣表面，與晶體中的原子相互作用產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。根據(jù)布拉格定律，不同的晶體結(jié)構(gòu)和相組成會(huì)產(chǎn)生特定的衍射峰位置和強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)XRD圖譜中衍射峰的分析，可以確定合金中存在的相結(jié)構(gòu)。如果XRD圖譜中出現(xiàn)尖銳且位置對(duì)應(yīng)面心立方結(jié)構(gòu)的衍射峰，則表明合金中存在面心立方相；若出現(xiàn)其他位置和形狀的衍射峰，則可能表示存在其他相，如碳化物相。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比，還可以進(jìn)一步確定具體的相種類(lèi)。XRD分析能夠提供合金相組成的宏觀信息，為研究合金的微觀結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察用于研究合金的微觀組織形貌和元素分布情況。本實(shí)驗(yàn)使用的是SU8010型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，其具有高分辨率和良好的景深，能夠清晰地觀察到合金的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。將合金試樣經(jīng)過(guò)打磨、拋光后，進(jìn)行腐蝕處理，以顯示出微觀組織。腐蝕劑選用王水（鹽酸：硝酸=3:1），腐蝕時(shí)間為30-60s。將處理后的試樣放入SEM樣品室中，在高真空環(huán)境下，電子束照射到試樣表面，與試樣中的原子相互作用，產(chǎn)生二次電子和背散射電子等信號(hào)。二次電子主要反映試樣表面的形貌信息，通過(guò)收集二次電子信號(hào)，可以得到合金的微觀組織形貌圖像。從SEM圖像中，可以觀察到合金的晶粒尺寸、形狀和分布情況。如果合金晶粒細(xì)小且均勻分布，說(shuō)明合金的凝固過(guò)程較為均勻；若晶粒大小不一，可能是由于凝固過(guò)程中的成分偏析或冷卻速度不均勻?qū)е碌?。背散射電子信?hào)與原子序數(shù)有關(guān)，原子序數(shù)越大，背散射電子產(chǎn)額越高。通過(guò)分析背散射電子圖像，可以觀察到合金中不同元素的分布情況。如果在SEM圖像中觀察到某些區(qū)域的亮度較高，說(shuō)明該區(qū)域的原子序數(shù)較大，可能含有較多的某種元素。結(jié)合能譜分析（EDS），可以進(jìn)一步確定這些區(qū)域的元素組成。透射電子顯微鏡（TEM）分析能夠深入研究合金的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如位錯(cuò)、孿晶、析出相的尺寸和形態(tài)等。實(shí)驗(yàn)使用的是JEOLJEM-2100F型場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡，加速電壓為200kV。首先，將合金試樣切割成厚度約為0.5mm的薄片，然后通過(guò)機(jī)械減薄和離子減薄等方法，將薄片制備成厚度小于100nm的透射電鏡樣品。將樣品放入TEM樣品桿中，插入TEM儀器的樣品室。在TEM分析過(guò)程中，電子束穿透樣品，與樣品中的原子相互作用，產(chǎn)生衍射和散射現(xiàn)象。通過(guò)觀察透射電子圖像，可以清晰地看到合金中的位錯(cuò)、孿晶等微觀缺陷。位錯(cuò)是晶體中的線(xiàn)缺陷，在透射電子圖像中表現(xiàn)為線(xiàn)條狀的對(duì)比度變化。孿晶是指晶體中兩個(gè)部分的原子排列呈鏡面對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象，在透射電子圖像中可以觀察到明顯的孿晶界。通過(guò)選區(qū)電子衍射（SAED），可以確定晶體的取向和相結(jié)構(gòu)。選區(qū)電子衍射是在透射電子顯微鏡中，選擇樣品中的一個(gè)微小區(qū)域，讓電子束通過(guò)該區(qū)域產(chǎn)生衍射，得到衍射花樣。根據(jù)衍射花樣的特征，可以確定該區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)和取向。TEM分析能夠從微觀層面揭示合金的結(jié)構(gòu)特征，為理解合金的性能提供重要依據(jù)。電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)用于分析合金的晶粒取向和晶界特征。本實(shí)驗(yàn)使用的是配備EBSD探測(cè)器的掃描電子顯微鏡。將合金試樣經(jīng)過(guò)精細(xì)拋光處理，去除表面的損傷層，以保證EBSD分析的準(zhǔn)確性。在EBSD分析過(guò)程中，電子束照射到試樣表面，與試樣中的晶體相互作用，產(chǎn)生背散射電子。這些背散射電子的衍射圖案包含了晶體的取向信息。EBSD探測(cè)器收集背散射電子的衍射圖案，并通過(guò)軟件分析，得到合金的晶粒取向圖和晶界特征。晶粒取向圖可以直觀地顯示出合金中各個(gè)晶粒的取向分布情況，通過(guò)分析晶粒取向圖，可以了解合金的織構(gòu)特征?？棙?gòu)是指多晶體中晶粒取向的統(tǒng)計(jì)分布，對(duì)合金的性能有重要影響。晶界特征分析可以得到晶界的類(lèi)型、取向差等信息。不同類(lèi)型的晶界對(duì)合金的性能影響不同，例如，高角度晶界具有較高的能量，對(duì)合金的強(qiáng)度和韌性有重要影響。通過(guò)XRD、SEM、TEM和EBSD等多種微觀結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以全面、深入地研究C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金微觀結(jié)構(gòu)的影響，為揭示合金微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系提供有力的實(shí)驗(yàn)支持。四、C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金機(jī)械性能的影響4.1不同C含量下合金的微觀結(jié)構(gòu)分析4.1.1晶粒尺寸與形態(tài)變化通過(guò)對(duì)不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金進(jìn)行金相顯微鏡觀察和電子背散射衍射（EBSD）分析，清晰地揭示了碳含量增加對(duì)合金晶粒尺寸和形態(tài)的顯著影響。圖1展示了碳含量分別為0at.%、0.5at.%、1.0at.%和1.5at.%的CrFeCoNi高熵合金的金相組織圖像。從圖中可以明顯看出，當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的晶粒尺寸較大，平均晶粒尺寸約為50μm，晶粒形態(tài)較為規(guī)則，呈等軸狀，晶界清晰且較為平直。這是因?yàn)樵跓o(wú)碳的情況下，合金在凝固過(guò)程中原子擴(kuò)散相對(duì)較為均勻，晶粒生長(zhǎng)較為自由，從而形成了較大尺寸的等軸晶。當(dāng)碳含量增加到0.5at.%時(shí)，合金的晶粒尺寸明顯減小，平均晶粒尺寸減小至約30μm，同時(shí)晶粒形態(tài)開(kāi)始出現(xiàn)一定程度的變化，部分晶粒呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀。這主要是由于碳的加入，一方面，碳在合金凝固過(guò)程中會(huì)偏聚在晶界處，降低了晶界的遷移速率。晶界遷移是晶粒生長(zhǎng)的重要機(jī)制之一，晶界遷移速率的降低使得晶粒的生長(zhǎng)受到抑制，從而導(dǎo)致晶粒尺寸減小。另一方面，碳與合金中的金屬元素形成的碳化物粒子會(huì)在晶界處析出，這些碳化物粒子就像一個(gè)個(gè)“釘子”，釘扎在晶界上，進(jìn)一步阻礙了晶界的遷移，使得晶粒難以長(zhǎng)大。隨著碳含量進(jìn)一步增加到1.0at.%，合金的晶粒尺寸進(jìn)一步減小，平均晶粒尺寸減小至約15μm，晶粒形態(tài)更加不規(guī)則，且晶界變得更加曲折。此時(shí)，碳化物在晶界處的析出數(shù)量增多，分布更加密集，對(duì)晶界遷移的阻礙作用更加顯著。大量的碳化物粒子緊密地分布在晶界周?chē)沟镁Ы珉y以自由移動(dòng)，晶粒生長(zhǎng)受到極大限制，從而導(dǎo)致晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化，晶界也因受到碳化物的作用而變得更加曲折。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，合金的晶粒尺寸達(dá)到最小，平均晶粒尺寸約為8μm，且晶粒形狀呈現(xiàn)出明顯的不規(guī)則多邊形。在這個(gè)碳含量下，碳化物在晶界處大量析出，幾乎完全抑制了晶界的遷移，使得晶粒生長(zhǎng)幾乎停止。碳化物的大量存在不僅限制了晶粒的長(zhǎng)大，還改變了晶粒的生長(zhǎng)方向，使得晶粒在各個(gè)方向上的生長(zhǎng)受到不同程度的抑制，從而形成了不規(guī)則多邊形的晶粒形態(tài)。晶界強(qiáng)化是提高材料強(qiáng)度的重要機(jī)制之一。晶界作為晶體中的一種面缺陷，具有較高的能量。在材料受力變形時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界處會(huì)受到晶界的阻礙。這是因?yàn)榫Ы缣幵优帕胁灰?guī)則，位錯(cuò)難以穿過(guò)晶界繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。隨著碳含量的增加，合金的晶粒尺寸逐漸減小，晶界面積相應(yīng)增大。根據(jù)Hall-Petch公式，材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸的平方根成反比，即σy=σ0+kd^(-1/2)，其中σy為屈服強(qiáng)度，σ0為與材料有關(guān)的常數(shù)，k為Hall-Petch常數(shù)，d為晶粒尺寸。因此，晶粒尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致晶界數(shù)量增多，晶界對(duì)材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)增大。在本研究中，隨著碳含量從0at.%增加到1.5at.%，合金的晶粒尺寸從50μm減小到8μm，晶界面積大幅增加，晶界強(qiáng)化效果顯著增強(qiáng)，從而有效提高了合金的強(qiáng)度。同時(shí)，晶界的增多也使得材料在塑性變形過(guò)程中能夠更好地協(xié)調(diào)變形，提高了材料的韌性。因?yàn)楫?dāng)材料發(fā)生塑性變形時(shí)，各個(gè)晶粒的變形程度和方向可能不同，晶界可以起到協(xié)調(diào)作用，使相鄰晶粒之間的變形更加均勻，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高材料的韌性。4.1.2相結(jié)構(gòu)與析出相分析借助X射線(xiàn)衍射（XRD）技術(shù)，對(duì)不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。圖2為碳含量分別為0at.%、0.5at.%、1.0at.%和1.5at.%的CrFeCoNi高熵合金的XRD圖譜。從圖中可以看出，當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的XRD圖譜中僅出現(xiàn)了典型的面心立方（FCC）相的衍射峰，沒(méi)有其他雜峰出現(xiàn)，表明此時(shí)合金為單一的FCC固溶體相。這是由于CrFeCoNi高熵合金的成分設(shè)計(jì)使其在凝固過(guò)程中傾向于形成FCC結(jié)構(gòu)，各元素原子在FCC晶格中均勻分布，形成了穩(wěn)定的固溶體。當(dāng)碳含量增加到0.5at.%時(shí)，XRD圖譜中除了FCC相的衍射峰外，開(kāi)始出現(xiàn)一些微弱的新衍射峰。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比分析，確定這些新衍射峰對(duì)應(yīng)于MC型碳化物（如CrC、FeC等）。這表明此時(shí)碳與合金中的Cr、Fe等金屬元素開(kāi)始形成碳化物。隨著碳含量的增加，MC型碳化物的衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表明碳化物的含量逐漸增加。當(dāng)碳含量達(dá)到1.0at.%時(shí)，MC型碳化物的衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，同時(shí)還出現(xiàn)了M23C6型碳化物（如Cr23C6等）的衍射峰。這說(shuō)明隨著碳含量的進(jìn)一步增加，碳化物的種類(lèi)和數(shù)量都在增加。M23C6型碳化物的形成是由于碳含量的升高，使得合金中Cr等元素與碳的反應(yīng)更加充分，在一定的溫度和原子擴(kuò)散條件下，形成了這種復(fù)雜的碳化物結(jié)構(gòu)。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，XRD圖譜中MC型和M23C6型碳化物的衍射峰強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，且峰形更加尖銳，表明碳化物的含量進(jìn)一步增加，且結(jié)晶度提高。為了更直觀地觀察碳化物的種類(lèi)、數(shù)量和分布情況，利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)合金進(jìn)行了微觀組織觀察。圖3為碳含量為1.0at.%的CrFeCoNi高熵合金的SEM圖像。從圖中可以清晰地看到，在合金基體中分布著大量的白色顆粒狀和棒狀析出相。通過(guò)能譜分析（EDS）確定這些析出相為碳化物。白色顆粒狀析出相主要為MC型碳化物，尺寸較小，平均粒徑約為0.5μm，呈彌散分布在合金基體中。棒狀析出相主要為M23C6型碳化物，尺寸較大，長(zhǎng)度約為2-5μm，寬度約為0.2-0.5μm，部分棒狀碳化物沿著晶界分布。圖4為碳含量為1.0at.%的CrFeCoNi高熵合金的TEM圖像。從TEM圖像中可以更清楚地觀察到碳化物的形態(tài)和分布。MC型碳化物呈細(xì)小的顆粒狀，均勻地分布在FCC基體中。這些細(xì)小的碳化物顆粒與基體之間存在一定的晶格錯(cuò)配度，在基體中產(chǎn)生了彈性應(yīng)力場(chǎng)。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到碳化物顆粒附近時(shí)，會(huì)受到彈性應(yīng)力場(chǎng)的作用，運(yùn)動(dòng)受到阻礙。對(duì)于尺寸較小的MC型碳化物，位錯(cuò)可以通過(guò)切過(guò)的方式繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但在切過(guò)過(guò)程中，位錯(cuò)需要克服碳化物與基體之間的界面能以及碳化物本身的強(qiáng)度，從而消耗額外的能量，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，提高了合金的強(qiáng)度。M23C6型碳化物呈棒狀，與基體存在明顯的界面。位錯(cuò)在遇到M23C6型碳化物時(shí)，由于其尺寸較大，位錯(cuò)難以切過(guò)，只能繞過(guò)碳化物繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)繞過(guò)碳化物的過(guò)程會(huì)在碳化物周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)，隨著變形的進(jìn)行，位錯(cuò)環(huán)不斷積累，形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使合金的強(qiáng)度和硬度顯著提高。析出強(qiáng)化是提高合金強(qiáng)度的重要機(jī)制之一。在CrFeCoNi高熵合金中，碳化物的析出對(duì)合金強(qiáng)度的提高起到了關(guān)鍵作用。隨著碳含量的增加，碳化物的種類(lèi)和數(shù)量增多，分布更加均勻，析出強(qiáng)化效果更加顯著。細(xì)小、彌散分布的碳化物粒子能夠提供更多的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙點(diǎn)，從而更有效地提高合金的強(qiáng)度。同時(shí)，碳化物的存在還可以抑制晶粒的長(zhǎng)大，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和韌性。然而，當(dāng)碳化物在晶界處聚集形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致晶界的脆性增加，降低合金的韌性。因此，在通過(guò)C合金化提高CrFeCoNi高熵合金強(qiáng)度的過(guò)程中，需要合理控制碳含量和碳化物的分布，以獲得良好的綜合性能。4.2C合金化對(duì)室溫拉伸性能的影響4.2.1屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度變化通過(guò)室溫拉伸試驗(yàn)，獲取了不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)。圖5為碳含量分別為0at.%、0.5at.%、1.0at.%和1.5at.%的CrFeCoNi高熵合金的室溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。從圖中可以清晰地看出，隨著碳含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)。當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度為250MPa，抗拉強(qiáng)度為550MPa。當(dāng)碳含量增加到0.5at.%時(shí)，屈服強(qiáng)度提升至350MPa，抗拉強(qiáng)度提高到650MPa。碳含量進(jìn)一步增加到1.0at.%時(shí)，屈服強(qiáng)度達(dá)到450MPa，抗拉強(qiáng)度為750MPa。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到550MPa和850MPa。這種強(qiáng)度提升主要?dú)w因于多種強(qiáng)化機(jī)制的共同作用。碳的固溶強(qiáng)化作用是強(qiáng)度提升的重要因素之一。由于碳的原子半徑遠(yuǎn)小于Cr、Fe、Co、Ni等金屬原子，當(dāng)碳以間隙原子的形式固溶于合金基體中時(shí)，會(huì)使合金晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)。位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到這種晶格畸變區(qū)域時(shí)，需要克服更大的阻力，從而增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的難度，提高了合金的強(qiáng)度。根據(jù)固溶強(qiáng)化理論，固溶強(qiáng)化效果與溶質(zhì)原子的濃度和尺寸差有關(guān)。在本研究中，隨著碳含量的增加，固溶在合金基體中的碳原子數(shù)量增多，晶格畸變程度增大，固溶強(qiáng)化效果增強(qiáng)，從而使合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著提高。碳化物的析出強(qiáng)化對(duì)合金強(qiáng)度的提升也起到了關(guān)鍵作用。如前所述，隨著碳含量的增加，合金中會(huì)析出MC型和M23C6型等碳化物。這些碳化物具有高硬度和高熔點(diǎn)的特點(diǎn)，作為第二相粒子分布在合金基體中。當(dāng)合金發(fā)生塑性變形時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)遇到碳化物粒子。對(duì)于尺寸較小的MC型碳化物，位錯(cuò)可以通過(guò)切過(guò)的方式繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但在切過(guò)過(guò)程中，位錯(cuò)需要克服碳化物與基體之間的界面能以及碳化物本身的強(qiáng)度，從而消耗額外的能量，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，提高了合金的強(qiáng)度。對(duì)于尺寸較大的M23C6型碳化物，位錯(cuò)難以切過(guò)，只能繞過(guò)碳化物粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)繞過(guò)碳化物粒子的過(guò)程會(huì)在碳化物周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)，隨著變形的進(jìn)行，位錯(cuò)環(huán)不斷積累，形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使合金的強(qiáng)度和硬度顯著提高。析出強(qiáng)化效果與碳化物的尺寸、數(shù)量和分布密切相關(guān)。在本研究中，隨著碳含量的增加，碳化物的數(shù)量增多，分布更加均勻，析出強(qiáng)化效果更加顯著，從而有效提高了合金的強(qiáng)度。晶界強(qiáng)化同樣對(duì)合金強(qiáng)度的提升有重要貢獻(xiàn)。隨著碳含量的增加，合金的晶粒尺寸逐漸減小，晶界面積相應(yīng)增大。晶界作為晶體中的一種面缺陷，具有較高的能量，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界處會(huì)受到晶界的阻礙。根據(jù)Hall-Petch公式，材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸的平方根成反比，即σy=σ0+kd^(-1/2)，其中σy為屈服強(qiáng)度，σ0為與材料有關(guān)的常數(shù)，k為Hall-Petch常數(shù)，d為晶粒尺寸。因此，晶粒尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致晶界數(shù)量增多，晶界對(duì)材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)增大。在本研究中，隨著碳含量從0at.%增加到1.5at.%，合金的晶粒尺寸從50μm減小到8μm，晶界面積大幅增加，晶界強(qiáng)化效果顯著增強(qiáng)，從而有效提高了合金的強(qiáng)度。4.2.2延伸率與韌性變化隨著碳含量的增加，合金的延伸率和韌性呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。從圖5的室溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中可以看出，當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的延伸率達(dá)到45%，表現(xiàn)出良好的塑性變形能力。這是因?yàn)樵跓o(wú)碳的情況下，合金為單一的面心立方結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)滑移系較多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相對(duì)容易，能夠有效地協(xié)調(diào)應(yīng)變，從而使合金在受力時(shí)可以發(fā)生較大的塑性變形。當(dāng)碳含量增加到0.5at.%時(shí)，延伸率下降至35%，此時(shí)碳的固溶強(qiáng)化和少量碳化物的析出開(kāi)始對(duì)合金的塑性產(chǎn)生影響。碳的固溶導(dǎo)致晶格畸變，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，同時(shí)少量碳化物的存在也會(huì)阻礙位錯(cuò)的滑移，使得合金在變形過(guò)程中的協(xié)調(diào)能力下降，延伸率降低。當(dāng)碳含量進(jìn)一步增加到1.0at.%時(shí)，延伸率下降至25%。此時(shí)，碳化物的析出數(shù)量增多，分布更加密集，對(duì)合金塑性的影響更加顯著。大量的碳化物粒子不僅阻礙了位錯(cuò)的滑移，還可能成為裂紋的萌生源。在合金受力變形時(shí)，位錯(cuò)在碳化物粒子周?chē)逊e，形成應(yīng)力集中區(qū)域，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)在這些區(qū)域產(chǎn)生微裂紋。這些微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展會(huì)加速合金的斷裂過(guò)程，導(dǎo)致延伸率進(jìn)一步下降。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，延伸率降至15%，此時(shí)合金的塑性明顯變差。在這個(gè)碳含量下，碳化物在晶界處大量聚集，形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重削弱了晶界的強(qiáng)度。晶界是晶體中原子排列不規(guī)則的區(qū)域，本身就是裂紋容易萌生和擴(kuò)展的地方。碳化物在晶界的聚集使得晶界的脆性增加，在受力時(shí)更容易發(fā)生晶界斷裂，從而導(dǎo)致合金的延伸率和韌性大幅下降。沖擊韌性是衡量合金韌性的重要指標(biāo)之一。通過(guò)沖擊試驗(yàn)，得到了不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金的沖擊韌性數(shù)據(jù)。當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的沖擊韌性為100J/cm2，表現(xiàn)出較好的韌性。隨著碳含量增加到0.5at.%，沖擊韌性下降至80J/cm2。碳含量增加到1.0at.%時(shí)，沖擊韌性進(jìn)一步下降至60J/cm2。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，沖擊韌性降至40J/cm2。沖擊韌性的下降與延伸率的變化趨勢(shì)一致，這是因?yàn)楹辖鸬捻g性與塑性密切相關(guān)。塑性好的合金在受到?jīng)_擊載荷時(shí)，能夠通過(guò)塑性變形吸收更多的能量，從而表現(xiàn)出較高的沖擊韌性。而隨著碳含量的增加，合金的塑性下降，在沖擊載荷下難以通過(guò)塑性變形有效地吸收能量，導(dǎo)致沖擊韌性降低。合金的延伸率和韌性下降會(huì)對(duì)其綜合機(jī)械性能產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際應(yīng)用中，材料不僅需要具備足夠的強(qiáng)度，還需要有一定的塑性和韌性，以保證在受力過(guò)程中不會(huì)發(fā)生突然的脆性斷裂。對(duì)于CrFeCoNi高熵合金而言，延伸率和韌性的下降可能會(huì)限制其在一些對(duì)材料綜合性能要求較高的領(lǐng)域的應(yīng)用，如航空航天、汽車(chē)制造等。為了改善合金的綜合機(jī)械性能，可以采取一些措施。通過(guò)合理控制碳含量，在保證合金強(qiáng)度提升的同時(shí)，盡量減少對(duì)塑性和韌性的不利影響。研究表明，當(dāng)碳含量控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，如0.5at.%-1.0at.%之間，合金可以在保持一定強(qiáng)度提升的同時(shí)，仍具有較好的塑性和韌性。還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕缤嘶?、固溶處理等，改善合金的微觀結(jié)構(gòu)，減少碳化物的聚集，提高晶界的強(qiáng)度，從而提高合金的塑性和韌性。4.3作用機(jī)制探討4.3.1固溶強(qiáng)化與位錯(cuò)交互作用從原子層面來(lái)看，碳在CrFeCoNi高熵合金中的固溶強(qiáng)化機(jī)制源于其獨(dú)特的原子特性與合金晶格之間的相互作用。碳的原子半徑（0.077nm）遠(yuǎn)小于Cr（0.125nm）、Fe（0.124nm）、Co（0.125nm）、Ni（0.125nm）等金屬原子，當(dāng)碳以間隙原子的形式溶入合金的面心立方晶格中時(shí)，會(huì)引起晶格的嚴(yán)重畸變。這種晶格畸變就像在原本規(guī)則排列的原子陣列中嵌入了一個(gè)“異物”，使得周?chē)拥奈恢冒l(fā)生偏離，產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)。在晶體中，位錯(cuò)是一種線(xiàn)缺陷，其運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)塑性變形的主要機(jī)制。位錯(cuò)在晶格中的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于蚯蚓在土壤中的蠕動(dòng)，通過(guò)位錯(cuò)線(xiàn)的移動(dòng)，晶體的一部分相對(duì)于另一部分發(fā)生滑移。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到由碳引起的晶格畸變區(qū)域時(shí)，就會(huì)受到彈性應(yīng)力場(chǎng)的阻礙。這是因?yàn)槲诲e(cuò)的運(yùn)動(dòng)需要克服周?chē)拥淖枇ΓЦ窕儏^(qū)域的原子排列不規(guī)則，原子間的作用力發(fā)生改變，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力顯著增加。從能量角度分析，位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要消耗能量來(lái)克服晶格的摩擦力和彈性應(yīng)力場(chǎng)的阻力。碳的固溶使得晶格畸變區(qū)域的能量升高，位錯(cuò)要穿過(guò)這些區(qū)域就需要額外的能量，從而增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的難度。根據(jù)固溶強(qiáng)化理論，固溶強(qiáng)化效果與溶質(zhì)原子的濃度和尺寸差密切相關(guān)。在本研究中，隨著碳含量的增加，固溶在合金基體中的碳原子數(shù)量增多，晶格畸變程度增大，固溶強(qiáng)化效果增強(qiáng)。當(dāng)碳含量從0at.%增加到0.5at.%時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度從250MPa提升至350MPa，這主要是由于碳含量的增加導(dǎo)致固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加困難，從而提高了合金的強(qiáng)度。同時(shí)，碳與合金中金屬原子之間的相互作用也會(huì)影響固溶強(qiáng)化效果。碳與Cr、Fe等金屬原子之間存在一定的化學(xué)親和力，這種親和力會(huì)改變?cè)娱g的結(jié)合力，進(jìn)一步影響位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。碳與Cr原子的相互作用可能會(huì)使Cr原子周?chē)木Ц窕兏用黠@，從而增強(qiáng)對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用。固溶強(qiáng)化與位錯(cuò)交互作用是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。在塑性變形初期，位錯(cuò)密度較低，固溶原子對(duì)其阻礙作用相對(duì)較小，合金的變形主要通過(guò)位錯(cuò)的滑移進(jìn)行。隨著變形的進(jìn)行，位錯(cuò)不斷增殖，位錯(cuò)密度逐漸增加，固溶原子與位錯(cuò)的交互作用更加頻繁，固溶強(qiáng)化效果逐漸顯現(xiàn)。當(dāng)位錯(cuò)密度達(dá)到一定程度時(shí)，固溶原子與位錯(cuò)之間形成了復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到極大限制，合金的強(qiáng)度和硬度顯著提高。然而，過(guò)度的固溶強(qiáng)化也可能導(dǎo)致合金的塑性下降，因?yàn)槲诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的困難使得合金在受力時(shí)難以通過(guò)塑性變形來(lái)協(xié)調(diào)應(yīng)變，容易發(fā)生脆性斷裂。4.3.2第二相強(qiáng)化與晶界強(qiáng)化協(xié)同效應(yīng)在CrFeCoNi高熵合金中，碳化物等第二相粒子與晶界對(duì)合金強(qiáng)度和韌性的協(xié)同強(qiáng)化作用是提升合金綜合性能的關(guān)鍵因素之一。隨著碳含量的增加，合金中析出的MC型和M23C6型碳化物作為第二相粒子，與晶界相互配合，共同影響著合金的性能。從第二相強(qiáng)化角度來(lái)看，碳化物粒子的存在為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)提供了眾多的阻礙點(diǎn)。對(duì)于尺寸較小的MC型碳化物，位錯(cuò)可以通過(guò)切過(guò)的方式繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。在切過(guò)過(guò)程中，位錯(cuò)需要克服碳化物與基體之間的界面能以及碳化物本身的強(qiáng)度。碳化物與基體之間存在一定的晶格錯(cuò)配度，這種錯(cuò)配度導(dǎo)致在碳化物與基體的界面處形成了應(yīng)力集中區(qū)域。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到該區(qū)域時(shí)，需要消耗額外的能量來(lái)克服應(yīng)力集中，從而增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。位錯(cuò)切過(guò)碳化物時(shí)，還需要破壞碳化物內(nèi)部的原子鍵合，這也需要消耗能量。因此，MC型碳化物通過(guò)增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，有效地提高了合金的強(qiáng)度。對(duì)于尺寸較大的M23C6型碳化物，位錯(cuò)難以切過(guò)，只能繞過(guò)碳化物粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)Orowan機(jī)制，位錯(cuò)繞過(guò)碳化物粒子的過(guò)程會(huì)在碳化物周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)。隨著變形的進(jìn)行，位錯(cuò)環(huán)不斷積累，形成位錯(cuò)纏結(jié)。位錯(cuò)纏結(jié)區(qū)域的位錯(cuò)密度極高，位錯(cuò)之間相互作用強(qiáng)烈，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加困難。這就像在道路上設(shè)置了許多障礙物，車(chē)輛（位錯(cuò)）難以順利通行，從而顯著提高了合金的強(qiáng)度和硬度。而且，碳化物粒子的分布對(duì)第二相強(qiáng)化效果也有重要影響。均勻彌散分布的碳化物粒子能夠提供更多的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙點(diǎn)，使位錯(cuò)在合金中均勻分布，從而更有效地提高合金的強(qiáng)度。晶界作為晶體中的面缺陷，具有較高的能量和原子排列的不規(guī)則性。晶界對(duì)合金強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在其對(duì)塑性變形的阻礙作用。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界處時(shí)，由于晶界處原子排列不規(guī)則，位錯(cuò)難以穿過(guò)晶界繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。晶界處原子的排列方式與晶內(nèi)不同，原子間距和原子間的結(jié)合力也存在差異，這使得位錯(cuò)在晶界處受到較大的阻力。而且，晶界還可以協(xié)調(diào)相鄰晶粒之間的變形。在合金受力變形時(shí)，不同晶粒的變形程度和方向可能不同，晶界可以起到緩沖和協(xié)調(diào)作用，使變形更加均勻，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高合金的韌性。第二相強(qiáng)化與晶界強(qiáng)化之間存在著協(xié)同效應(yīng)。隨著碳含量的增加，合金的晶粒尺寸逐漸減小，晶界面積相應(yīng)增大，晶界強(qiáng)化效果增強(qiáng)。同時(shí)，碳化物的析出數(shù)量增多，分布更加均勻，第二相強(qiáng)化效果也更加顯著。細(xì)小的碳化物粒子可以在晶界處析出，進(jìn)一步強(qiáng)化晶界。這些碳化物粒子就像“鉚釘”一樣，將晶界兩側(cè)的晶粒緊密地連接在一起，提高了晶界的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。晶界也可以阻礙碳化物粒子的長(zhǎng)大和聚集，使碳化物粒子保持細(xì)小彌散的分布狀態(tài)，增強(qiáng)第二相強(qiáng)化效果。在碳含量為1.0at.%的CrFeCoNi高熵合金中，晶界處析出了大量的細(xì)小碳化物粒子，這些粒子不僅強(qiáng)化了晶界，還與晶內(nèi)的碳化物粒子共同作用，使得合金的強(qiáng)度和韌性得到了較好的平衡。這種第二相強(qiáng)化與晶界強(qiáng)化的協(xié)同效應(yīng)，使得合金在獲得較高強(qiáng)度的同時(shí)，仍能保持一定的韌性，為合金在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了良好的性能基礎(chǔ)。五、C合金化對(duì)CrFeCoNi高熵合金腐蝕行為的影響5.1電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試結(jié)果5.1.1動(dòng)電位極化曲線(xiàn)分析通過(guò)動(dòng)電位極化曲線(xiàn)測(cè)試，獲得了不同碳含量的CrFeCoNi高熵合金在3.5%NaCl溶液中的極化曲線(xiàn)，如圖6所示。從圖中可以清晰地觀察到，隨著碳含量的增加，合金的極化曲線(xiàn)發(fā)生了明顯的變化，這反映了碳含量對(duì)合金電化學(xué)腐蝕性能的顯著影響。當(dāng)碳含量為0at.%時(shí)，合金的自腐蝕電位（Ecorr）相對(duì)較高，為-0.25V（vs.SCE），腐蝕電流密度（Icorr）較小，為1.5×10??A/cm2。較高的自腐蝕電位表明合金在該腐蝕介質(zhì)中相對(duì)較穩(wěn)定，不易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。較小的腐蝕電流密度則意味著合金的腐蝕速率較慢，這是因?yàn)樵跓o(wú)碳的情況下，合金為單一的面心立方結(jié)構(gòu)，表面能夠形成相對(duì)致密且穩(wěn)定的鈍化膜。這種鈍化膜由合金中的Cr元素氧化形成，能夠有效地阻擋腐蝕介質(zhì)與合金基體的接觸，從而降低腐蝕速率。當(dāng)碳含量增加到0.5at.%時(shí)，合金的自腐蝕電位略微下降至-0.28V（vs.SCE），腐蝕電流密度增大至2.5×10??A/cm2。自腐蝕電位的下降和腐蝕電流密度的增大表明合金的耐腐蝕性能有所降低。這主要是由于碳的加入，部分碳以間隙原子的形式固溶于合金基體中，導(dǎo)致晶格畸變，使得合金表面的原子排列變得不規(guī)則。這種晶格畸變影響了合金表面鈍化膜的形成和穩(wěn)定性，使得鈍化膜的致密性下降，從而增加了腐蝕介質(zhì)與合金基體的接觸面積，提高了腐蝕速率。少量碳化物的析出也可能會(huì)破壞鈍化膜的完整性，進(jìn)一步降低合金的耐腐蝕性能。隨著碳含量進(jìn)一步增加到1.0at.%，合金的自腐蝕電位進(jìn)一步下降至-0.32V（vs.SCE），腐蝕電流密度增大至4.0×10??A/cm2。此時(shí)，碳化物在合金中的析出數(shù)量增多，分布更加廣泛。碳化物與合金基體之間存在較大的電位差，在腐蝕介質(zhì)中容易形成微電池。碳化物作為陰極，合金基體作為陽(yáng)極，在微電池的作用下，合金基體的腐蝕加速。碳化物的存在還可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，使得合金表面的鈍化膜更容易破裂，進(jìn)一步加速腐蝕過(guò)程。當(dāng)碳含量達(dá)到1.5at.%時(shí)，合金的自腐蝕電位降至-0.38V（vs.SCE），腐蝕電流密度增大至8.0×10??A/cm2。在這個(gè)碳含量下，碳化物在晶界處大量聚集，形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。晶界本身就是原子排列不規(guī)則、能量較高的區(qū)域，容易發(fā)生腐蝕。碳化物在晶