《表5 CoCrCuFeMn与Co Cr Cu Fe Mn Ti合金EDS分析结果与偏析系数》

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《Ti掺杂对CoCrCuFeMn高熵合金组织结构和耐磨性的影响》

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式中，CDR为某一元素的枝晶区域浓度，CID为该元素的晶间区域浓度。当CDR=CID时，K=0说明该元素在枝晶与晶间区域无浓度差，即偏析系数为0；当CDR与CID的浓度差越大，CDR/CID或CID/CDR的值越小，1-CDR/CID或CID/CDR的值越大，即K值越大，说明枝晶和晶间区域偏析越大。表5是Co Cr CuFeMn与CoCrCuFeMnTi合金的能谱分析结果与偏析系数。从表5可以看出，CoCrCuFeMn合金中Co、Cr、Fe元素在枝晶富集，Cu元素在晶间富集，Mn元素在枝晶和晶间区域的偏析系数最小；Ti掺杂合金中Ti元素在枝晶区域富集，使其他合金元素的偏析系数全部降低，并没有改变其他合金元素的富集区域。Cr、Ti、Fe、Co元素在枝晶区域富集主要是因为熔点相较于其他合金元素高，在合金熔体降温凝固过程中，这四种合金元素依次先达到熔点温度并优先满足过冷度要求，且它们之间具有较低的混合焓，易于结合形成吉布斯自由能较低的稳定体系。Cu元素在晶间富集主要是因为其熔点最低、电负性最大、且与先析出的Cr、Fe、Co、Mn均具有较大正混合焓，难以进入先形核长大的固溶体点阵格位，易于在低熔点元素富集的晶间区域析出。Mn元素的偏析系数最小，在晶间区域含量相对较高的原因在于：Mn（1 244℃）的熔点相较于先析出的Cr（1 857℃）、Ti（1 660℃）、Fe（1 535℃）、Co（1 495℃）熔点相差较大，先析出固相颗粒相对含量较高和粒径较大，合金熔体黏度增高，流动性和扩散速率均降低，且仅与先析出四种元素中的Ti和Co具有负混合焓，不利于Mn的长程扩散和进入先析出相的固溶体点阵结构，从而利于在低熔点的晶间富集。但Mn与Cu之间具有较大的熔点差和电负性差与较大的正混合焓，且Cu析出较晚，Mn析出时难以避免在有相对较多的能提供非均质形核衬底的固相颗粒表面形核与长大，进而不利于Mn在Cu富集的晶间区域大量聚集，导致Mn元素在枝晶和晶间区域浓度差相对较低，即偏析系数较小。此外，从图3和图4还可以看出，Ti掺杂合金的枝晶区域面积比例相对较高，晶间区域更窄，枝晶间距变小，显微组织明显细化。这是因为Ti的原子半径最大，掺杂形成的CoCrCuFeMnTi合金中BCC相和HCP相的点阵常数增大，且其形成物相的格位种类也较多见表4，降低了后析出原子进入点阵格位的阻力。同时由于Ti的熔点相对较高，析出较早，在同样的温度下，后析出原子所依附的非均质形核衬底数量相对增多，降低了后析出原子的扩散距离和形核阻力，从而利于枝晶区域的大量形核，使组织显著细化。