引言

在航空航天、、能源动力与轨道交通等工业领域，，很多关键零部件持久在高温、、高速及高载荷的极端环境下服役，，常面对严重的磨损问题，，这不仅直接影响机械设备的不变性和精密度，，甚至可能导致设备失效。。。据统计，，机械零部件因磨损而失效的比例达60%~80%[1]。。。高温耐磨合金正是为了适应此类刻薄工况而设计的一类特种资料，，拥有优异的耐磨损、、耐热和耐侵蚀机能，，宽泛利用于先进轴承、、高温阀门、、涡轮叶片和火箭喷管等关键部件。。。

传统高温耐磨合金重要蕴含钴基、、镍基和铁基合金3类系统，，其中：钴基和镍基高温耐磨合金可在900℃以上温度下持久不变工作[2]，，利用较宽泛，，但制备成本较高；；；铁基高温耐磨合金的制备成本较低，，但高温耐侵蚀机能相对较差，，多用于对机能要求不高的场所。。。随着科技发展及设备升级，，新型高温耐磨合金如高熵合金（HEAs）、、Ni-Al基合金、、Nb-Si基合金等应运而生；；；其中，，高熵合金中的难熔高熵合金因在温度超过1000℃时仍拥有优异的高温力学机能[3]而备受关注。。。为了给有关钻研人员提供参考，，作者从成分特点、、显微组织及机能对分歧资料系统高温耐磨合金进行了介绍，，总结了合金的有关制备技术及其优弊端和合用领域；；；重点分析了合金元素和加工方式对高温耐磨合金组织及机能的影响；；；提出了目前高温耐磨合金存在的问题，，并指出将来的发展方向。。。

1、、高温耐磨合金的资料系统

1.1传统高温耐磨合金

1.1.1镍基合金

镍基合金以镍基奥氏体为基体，，在650～1200℃温度领域内拥有优良的高温强度、、抗氧化及耐侵蚀机能，，宽泛利用于航空航天、、石油化工、、能源动力和交通运输等领域[4]，，是目前利用最宽泛的高温耐磨资料之一。。。按成型工艺，，镍基合金可分为铸造、、变形和粉末合金3类；；；按强化机制可分为固溶强化型和沉淀强化型合金[5]。。；；；诜制绲那炕朴胛⒐劢峁，，各类镍基合金在高温耐磨机能方面阐发出显著差距，，以下结合典型合金予以具体分析。。。

K4208合金是我国自行研制的沉淀强化型铸造镍基合金，，在铸态下可能在800℃高温磨损和侵蚀环境中持久服役，，短时最高可接受1000℃高温，，宽泛用于航空发起机涡轮叶片锯齿冠耐磨涂层的制备。。。在分歧温度和载荷下，，K4208合金的高温耐磨机能始终优于Co-Cr-W和Co-Cr-Mo合金[6]；；；其高温耐磨机能重要起源于钼、、钨等合金元素[7]形成的高温不变强化相（如α-W/Mo相[8]）。。。

Inconel718合金为沉淀强化型变形镍基合金，，其显微组织由铬、、钼强化的奥氏体基体、、MC型碳化物和少量γ?相组成，，在温度700℃以下拥有较高强度、、优良耐磨机能和高温抗氧化性[9]，，已用于航空发起机的新型先进刷式密封以及能源领域的温热互换器、、锅炉管等高温零部件。。。

TribaloyT-700合金属于沉淀强化型铸造镍基合金，，重要由Laves相和Ni-Cr固溶体组成，，不含钴和硼等敏感元素[10]，，在常温及高温（650℃）下均阐发出优异的耐磨和耐侵蚀机能，，是核工业领域的梦想资料。。。王维夫等[11]利用激光熔覆技术在TA2钛合金理论制备T-700镍基合金涂层，，发现涂层硬度达700~1000HV，，比TA2钛合金基材逾越4~5倍。。。

MAR-M247合金是20世纪70年代初开发的沉淀强化型铸造镍基合金，，其组织由γ基体相和γ′相组成，，其中钴、、钨、、铬和钼等元素可对γ基体起强化作用，，拥有较高的强度、、优良的耐磨机能以及优异的抗蠕变及热侵蚀性[12]，，其服役温度在1000℃左右，，重要用于制作涡轮机部件和重型燃气轮机热端部件[13]。。。

目前，，镍基合金的发展已较成熟，，但在高速、、高压和高载荷的复杂工况下，，传统镍基高温合金在高温强度、、高温抗氧化性、、抗热侵蚀性等方面仍面对挑战。。。如：第六代镍基单晶高温合金的承温能力已靠近理论极限（约1200℃），，进一步提升温度空间有限；；；镍基合金在制备过程中出现的力学机能各向异性、、裂纹敏感性等问题仍需深刻钻研。。。

1.1.2钴基合金

钴基合金以γ-Co为基体，，含有钴、、镍、、铬、、钨和钼等元素，，其中钴含量（物质的量分数）通常高于50%；；；该合金在730?1100℃温度领域内拥有优良的耐磨、、耐热、、耐侵蚀及抗氧化机能，，温度高于980℃时的耐侵蚀和抗热委顿机能优于镍基合金[14]，，宽泛利用于先进刀具、、高温高压阀门、、高温密封圈及耐磨蚀涂层等方面。。。目前，，Stellite合金和Tribaloy合金是最典型的两类钴基合金[15]。。。

Stellite合金除钴以外还含有铬、、钨、、碳、、钼、、硅和硼等元素，，其根基结构均为M7C3型碳化物和铬在钴中的固溶体；；；按成分可分为Co-Cr-W-C系、、Co-Cr-W/Mo-Ni/Fe-C系和Co-Cr-W-C-Si-B系合金[12]。。。Co-Cr-W-C系合金重要蕴含Stellite20合金、、Stellite6合金、、Stellite12合金等；；；这类合金的成分单一，，其中碳含量较高（质量分数通常在1%~2%），，其硬度高（410~670HV），，耐磨机能优异，，但韧性普遍较差，，重要用于制作轴承、、刀口、、汽轮机叶片、、高温高压阀门等对耐磨机能要求较高的部件。。。Co-Cr-W/Mo-Ni/Fe-C系合金蕴含Stellite21合金和Stellite31合金，，含有镍、、钼、、铁和铌等强化元素，，其中碳含量（质量分数，，下同）在0.5%以下，，其硬度根基在250~650HV，，低于Co-CrW-C系合金；；；这类合金适当降低了合金的硬度，，提高了韧性，，综合力学机能较好，，多利用在堆焊工艺。。。Co-Cr-W-C-Si-B系合金以Co-Cr-W-C系合金为基础通过引入硅和硼元素制备而成；；；引入硅、、硼元素不仅能提高合金流动性，，使合金合用于喷焊和熔焊工艺，，还会使合金中形成硬质Si-C和Cr-B陶瓷相[12]（硬度别离为2600，，1800HV），，显著提升合金的硬度和耐磨机能。。。

Tribaloy合金是Co-Cr-Mo-Si系合金，，其组织重要由高硬度初生Laves相和均匀散布的共晶组织组成，，在常温及高温（800~1000℃）下均阐发出优异的耐磨与耐侵蚀机能以及较高的力学强度。。。T-400、、T-800和T-900合金是最常见的3种Tribaloy合金，，其中T-800和T-900合金是在T-400合金的成分基础上通过调整元素含量发展而来的。。。T-400合金中的Laves相体积分数通常在35%?70%，，该合金拥有耐高温（服役温度在800?1000℃）、、耐磨损（硬度约430~560HV）和耐侵蚀机能[16]，，重要用于化工阀门、、燃气轮机叶片、、汽车排气阀、、热作模具和各类泵类零部件；；；T-800合金通过增长铬含量推进了碳化物和初生Laves相形成，，从而实现了硬度提高（595~650HV），，合用于飞机发起机压气盘、、叶片、、机匣，，以及飞机机身结构件、、高温耐磨蚀涂层等部件；；；T-900合金则通过提高镍含量、、降低钴和钼含量，，有效削减了Laves相，，固然就义了部门硬度（335~425HV），，但获得了更优的塑性、、断裂韧性和耐侵蚀机能，，重要利用于阀座、、密封圈和钢导向辊等方面。。。

我国钴资源稀缺，，钴基合金的发展因而受限。。。在此布景下开发的K640合金是一种沉淀强化型铸造钴基合金，，其铸态组织由γ奥氏体、、骨架状M7C3型碳化物以及极少量M6C和M23C6型碳化物组成。。。该合金的机能与Stellite31合金相当，，拥有优良的耐磨机能、、抗氧化性、、流动性和铸造机能，，能在温度950℃下持久服役，，并可短时用于1050℃环境，，合用于制作航空发起机导向叶片等关键部件。。。杨恬恬等[17]选取选区激光溶解技术制备的K640合金的致密水平高，，硬度可达500HV。。。

相比于镍基合金，，钴基合金的抗热委顿、、抗侵蚀机能及焊接机能更优，，但组织不变性和高温抗氧化性较差，，将来必要通过成分优化与工艺改进来提升综合机能。。。

1.1.3铁基合金

铁基合金是以铁为基体、、碳为重要合金元素形成的Fe-C-X多元合金系统，，耐高温、、耐磨损、、耐侵蚀及抗氧化，，宽泛利用于航空航天、、特种机械零件、、石油化工和核电工业等领域[18]。。。铁基合金重要蕴含高速钢、、H13钢和铸铁等。。。

高速钢含有钨、、钼和铬等合金元素，，硬度高（780~875HV），，耐磨且耐热（500~600℃），，重要用于制作复杂薄刃、、耐冲击的金属切削工具、、高温轴承和冷挤压模具等；；；按化学成分可分为钨系、、钼系和W-Mo系钢3类。。。钨系高速钢以钨（质量分数高于9%）为重要强化元素，，如W18Cr4V（（T1）钢、、9W18Cr4V钢和W12Cr4VMo钢等；；；此类钢硬度高（如W18Cr4V钢硬度可达63~66HRC），，且红硬性优异，，合用于高速切削车刀、、刨刀、、拉刀等[19]。。。钼系高速钢以钼（质量分数在4%~10%）为重要强化元素，，蕴含W2Mo8Cr4V(M1）钢、、Mo8Cr4V2(M10）钢；；；这类高速钢中碳化物散布均匀，，其韧性好但脱与晶粒长大偏差较大，，易过热，，因而应严格节制加热温度，，更合用于制作丝锥、、钻优等工具[19]。。。W-Mo系高速钢中钨质量分数在3%~12%、、钼质量分数在3%~8%，，兼具钨系和钼系高速钢的利益，，在热处置过程中阐发出较低的脱碳偏差与过热敏感性，，同时碳化物散布更均匀，，整体韧性也较高，，合用于高速切削工具。。。

H13钢（又称4Cr5MoSiV1钢）是常用的热作模具钢，，其组织中二次碳化物均匀散布于铁素体基体，，无显著成分偏析，，合用于600℃以下温度环境，，拥有较高的高温强度以及优异的耐磨机能（硬度在440~550HV）和抗热委顿性。。。选区激光溶解（SLM）成形H13钢的磨损率低于SLM成形18Ni300钢[20]；；；但H13钢的高温耐磨机能逊于高速钢。。。

铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金，，工业上常用的为Fe-C-Si系合金（碳含量在3.0%~4.5%，，硅含量在1.0%~3.0%，，并含有少量锰、、磷和硫等杂质元素）。。。在耐磨资料发展史上，，白口铸铁是一个重要里程碑，，其利用最早可追忆至2500多年前用于铸造金属范中的锛和铲；；；白口铸铁的发展经历了通常白口铸铁、、镍硬白口铸铁和高铬白口铸铁3个阶段。。。通常白口铸铁和镍硬白口铸铁均拥有较高硬度，，但其显微组织在高温下不不变，，因而极少在高温场所利用；；；而高铬白口铸铁由于铬含量较高（质量分数大于12%），，可能在内部形成藐小M7C3碳化物[21]并在理论形成致密Cr3O2氧化膜，，使其在温度600℃以下能维持500~800HV的高硬度，，并拥有优异的高温耐磨机能和抗氧化性，，因而又被称为高铬白口抗磨铸铁，，是目前利用最宽泛的耐磨铸铁之一。。。

铁基合金因成本低、、加工机能好等主题优势，，在常温至中低温（小于650?°C）前提下被宽泛利用于汽车发起机、、齿轮、、轴承、、结构件及模具钢等各类结构部件。。。然而，，其在高温强度、、耐侵蚀机能和抗氧化性等方面显著落后于镍基和钴基合金。。。将来可通过优化合金成分、、改进热处置工艺和执行理论改性等蹊径，，进一步提升铁基合金的综合机能。。。

1.2新型高温耐磨合金

1.2.1高熵合金

高熵合金是由5种及以上元素按等物质的量比或近等物质的量比组成的新型合金[22]，，拥有高熵效应、、迟滞扩散效应、、晶格畸变效应和“鸡尾酒”效应等[23]，，阐发出高硬度、、耐磨和耐侵蚀等机能；；；按元素组成可分为3D过渡族高熵合金、、难熔高熵合金和轻质高熵合金3类。。。

3D过渡族高熵合金重要含铝、、镁、、钴、、铜、、铬、、铁、、锰、、镍、、钛、、锡、、锌和钒等元素，，其中AlCrFeNi、、CoCrFeNi、、AlCoFeNi、、AlCoCrNi及AlCoCrFe合金系统占比超过50%[24]；；；这类合金能形成更丰硕的相结构，，从而兼具优异的耐高温、、耐侵蚀和抗磨损机能，，成为制作航空航天发起机叶片、、涡轮盘及点火室等关键部件的梦想资料。。。例如：YI等[25-26]制备的CrCuFeTiV高熵合金由富铬、、钒或富铁、、钛的体心立方（BCC）相、、富铜的面心立方（FCC）相和Laves相组成，，其铸态屈服强度、、抗拉强度及硬度别离达1686，，2205MPa和624HV；；；制备的AlCrCuFeV高熵合金为BCC+FCC双相结构，，硬度为565HV；；；制备的AlCrCuFeTi高熵合金为BCC+FCC+Laves+L21多相结构，，硬度可达714HV。。。

难熔高熵合金重要由ⅣB、、ⅤB和ⅥB族高熔点（2000~3500℃）元素组成，，组织通常为BCC单相固溶体；；；由于ⅤB和ⅥB族元素的BCC晶格互溶性好，，这类合金在1000℃以上仍拥有杰出的结构不变性，，同时兼具优异的高温力学机能、、耐磨与耐侵蚀机能及高温抗氧化性[27]。。。POULIA等[28]钻研发现，，Mo20Ta20W20Nb20V20合金的硬度为97HRB，，耐磨机能优于商用Inconel718合金。。。WEI等[29]制备的Ti30Hf20Nb20Ta10V10Mo7W3合金在宽温域（室温至800℃）领域内阐发出优异的力学和摩擦学机能：当温度升高至800℃时，，合金的屈服强度仍有734MPa，，磨损率减至5.50×10^?6mm³.N^?1.m^?1，，这与高温形成的陆续致密氧化层有关。。。

轻质高熵合金是为了满足轻量化发展而开发的一类高熵合金，，以锂、、镁、、铝和钛等低密度合金元素为重要成分，，拥有密度低、、模量低、、比强度与比硬度高以及耐侵蚀机能佳等机能，，被视为航空航天和生物科技领域极具潜力的候选资料。。。其中，，AlCuFeMnTiV合金的密度低至6.28g.cm?3，，硬度高达618.44HV，，断后伸长率达15.83%），，比强度高至418.79MPa.cm³.g^?1，，其综合机能优于无数传统轻质合金[30]，，使其成为对证量和耐磨机能有刻薄要求的潜在利用选择。。。

目前，，高熵合金在成分设计、、组织－机能关联、、高温力学机能和摩擦学行为等方面的钻研尚不充分，，后续需进一步探索其在航空发起机、、燃气轮机等方面的现实利用潜力。。。

1.2.2Ni-Al基合金

Ni-Al基合金重要蕴含Ni3Al基、、NiAl基、、NiAl3基、、Ni2Al3基以及Ni5Al3基合金，，其中Ni3Al基和NiAl基合金熔点高、、耐磨机能佳，，可作为高温耐磨资料Ni3Al基合金中的Ni3Al体积分数高达80%，，早期该合金因Ni3Al为镍基合金的强化相受到关注；；；其耐高温能力优于镍基合金[31]，，同时拥有优良的抗氧化性和耐磨机能。。。侯杰等[32]开发的新型Ni3Al基合金以Ni3Al为基体，，Cr3C2和NiAl为弥散耐磨相，，在1050℃下拥有优异的抗氧化机能。。。MX25B合金（在俄罗斯BKHA-2M合金基础上开发）的高温耐磨机能、、抗氧化性及强韧性均优于BKHA-2M和T-800合金[33]。。。

NiAl基合金拥有有序立方B2型晶体结构，，其熔点高（1638℃）、、密度低（5.86~5.95g.cm??）以及抗氧化性、、抗侵蚀性和导热性优异，，是极具潜力的高温耐磨合金[34]。。。YU等[35]在1Cr18Ni9Ti不锈钢理论制备了NiAl金属间化合物激光熔覆层，，发现该熔覆层的磨损率随温度升高降低，，在500℃时达到最低值（约3×10^?5mm³.N^?1.m^?1）。。。

目前，，Ni-Al基合金普遍存在室温塑性差（断裂韧度仅为4~6MPa.m^1/2）和高温强度不及等问题，，严重限度了其作为结构资料的工程利用。。。后续可通过合金化、、制备工艺优化及理论处置等[36]提升综合机能，，从而推动这类合金在辐射点火管、、热处置炉空气衔接带等要求优异高温耐磨机能的关键部件中得到现实利用。。。

1.2.3Nb-Si基合金

Nb-Si基合金基于Nb-Si二元相图[37]设计，，其硅含量在6%~18.7%；；；这类合金通过共晶反映形成铌固溶体（Nbss）与铌硅化合物（如Nb3Si、、Nb5Si3）的显微组织，，拥有高熔点（不小于1750℃）、、低密度（6.8~7.2g.cm^?3）和优异耐高温能力，，是新型高温耐磨合金的候选资料，，但其高温抗氧化性和室温断裂韧性欠安。。。MA等[38]选取真空电弧熔炼法制备了Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Al-3V-2Hf-2Zr-xMo超高温Nb-Si基合金，，其组织由初生γ(Nb，，X)5Si3、、共晶Nbss/γ(Nb，，X)5Si3和少量共晶Nbss/Cr2Nb组成，，该合金拥有较高的室温硬度（1275~1573HV）和高温强度，，这归因于钼元素的参与。。。

2、、高温耐磨合金的制备技术

2.1真空熔炼技术

真空熔炼技术是一种在低于大气压的环境中进行金属熔炼、、精辟和浇铸的先进冶金步骤，，重要蕴含真空电弧熔炼技术、、真空感应熔炼技术和电子束熔炼技术。。。

真空电弧熔炼技术的冷却速度高，，有助于晶粒细化，，是块状合金的主流制备技术之一；；；但由于熔池凝固过程中存在温度梯度，，该技术易导致合金中产生元素偏析、、疏松和缩孔等缺点，，可通过精确节制工艺参数将这些缺点限度在可接受水平。。。真空感应熔炼技术通过电磁感应加热，，加热过程中无电极接触，，合用于各类钴基、、镍基、、铁基合金；；；但该技术对部门非磁性或低导电性资料的熔炼效能较低[39]。。。真空电子束熔炼技术以高速电子束为热源，，其能量集中、、熔池温度高，，熔炼提纯成效最佳，，可获得理论质量优良的铸锭，，适合制备含钽、、铌、、钨、、钼等高熔点（熔点大于3000℃）合金[40]以及小型/异型铸锭和铸件；；；但该步骤的电子束加热区域集中，，对操作技术的要求较高。。。

2.2粉末冶金技术

粉末冶金技术以金属粉末为原料，，经成型与烧结过程制备合金。。。这类技术可能削减真空熔炼过程中产生的偏析缺点，，实现近净成形，，合用于大批量出产小型复杂状态的金属零件（如齿轮、、结构件）；；；但这类技术在球磨过程中难以预防会引入其他杂质，，且出产成本较高。。。

粉末冶金技术重要蕴含等离子烧结、、热压烧结及热等静压等多种工艺。。。等离子烧结工艺升温快，，可在数分钟内达到致密化，，远少于传统步骤的数小时[41]，，并且可能在相对更低的温度下达到靠近全致密的烧结成效，，可用于高熔点金属烧结以及前沿资料科学钻研与开发等。。。热压烧结工艺在单轴加压下进行烧结，，成型压力仅为冷压的1/10，，能降低烧结温度，，缩短烧结功夫，，从而获得细晶组织，，合用于出产传统高机能陶瓷和硬质合金；；；但其对模具资料要求高，，能源亏损大，，出产效能低、、成本高[42]。。。热等静压工艺选取高压容器共同氩气等惰性气体，，对工件施加高温及各向同性的等静压力，，从而实现整体均匀致密化，，合用于解除航空发起机单晶叶片、、钛合金铸件等高端铸件的内部孔洞。。。

2.3增材制作技术

增材制作技术以激光、、电子束或电弧等为热源，，通过将金属粉末或线材逐层溶解堆积成形三维实体；；；按工艺类型可分为定向能沉积技术和粉末床熔融技术[43]，，按热源可分为选区激光溶解技术、、选区电子束溶解技术、、电弧增材制作技术等[44]。。。选区激光溶解的冷却速度极高（103~10⁸K.s^?1），，激光光斑细。。。ㄖ本锻ǔＮ50~100μm），，可焊接大无数金属粉末，，合用于制作高精度耐磨合金零件；；；但是该技术制备的合金资料易产生微观裂纹。。。选区电子束溶解在真空环境（真空度高于0.01Pa）中进行，，其电子束能量转化率高，，扫描速度快，，成型效能高于选区激光溶解，，可能将粉末床预热至高温（如将Ti6Al4V合金粉末预热到700℃），，极大削减了残存应力，，使得零件不易变形开裂，，尤其适合对机能要求极高的航空航天用钛合金与镍基高温合金构件（如发起机叶片等）；；；但选区电子束溶解成形零件的理论比选区激光溶解成形零件粗糙，，需进行后续加工。。。电弧增材制作的沉积速度最高（可达每小时数公斤），，且不受腔室限度，，合用于制作超大零件；；；但其制备的合金理论粗糙，，须进行后续机械加工，，且残存应力和变形较大，，不利于资料机能[45]。。。

2.4理论技术

在现实服役过程中，，高温耐磨合金资料理论往往直接与环境接触，，易出现理论磨损、、侵蚀和氧化等问题，，缩短服役寿命[46]。。。选取理论技术对基体资料进行理论强化处置，，能够有效提升理论硬度、、耐磨和耐侵蚀机能。。。目前，，常用的理论技术蕴含激光熔覆、、堆焊和渗镀技术等。。。

激光熔覆技术利用高能激光束溶解合金粉末[47]在工件理论形成组织均匀藐小、、结构致密的涂层，，能显著提高工件理论机能[48]，，已利用于ZG25MnNi铸钢理论熔覆FeCoNi2CrMnV0.5Nbx高熵合金涂层[49]、、AISI1045钢理论熔覆FeCoNiCrAl0.5Ti0.5高熵合金涂层[50]；；；但该技术对熔覆粉末的粒径和流动性要求较高，，且设备投资大。。。堆焊技术通过电弧或气体火焰在基材理论熔焊拥有特殊机能的合金粉末形成耐磨、、耐侵蚀合金涂层，，该技术的经济性好，，但易导致涂层出现变形与裂纹等问题；；；该技术可利用镍基、、铁基、、钴基合金和高熵合金实现高温、、高磨损环境下服役部件的理论修复和再制作，，例如：SHEN等[51]选取Co03钴基合金和JXHC15铁基合金双金属层堆焊工艺对已失效的大型热作模具进行再制作；；；WANG等[52]选取等离子堆焊技术在45#钢上堆焊WC颗粒加强FeCoCrNiMn高熵合金涂层。。。渗镀技术是一种在高温（500~1200°C）下通过热扩散作用将元素渗入基体理论，，形成极硬、、极耐磨且能抵抗高温氧化的理论强化层的步骤，，按渗入元素可分为渗铝、、渗硼、、渗铬和渗氮技术等，，适合用于提升镍基、、钴基以及难熔高熵合金等高温耐磨合金的高温耐磨损与抗氧化机能。。。目前，，已有有关利用，，如在Al0.25CoCrFeNi高熵合金理论渗硼[53]、、在Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金理论渗铬[54]。。。

3、、高温耐磨合金机能的影响成分

3.1合金元素

向高温耐磨合金中增长合金元素是其成分设计的主题，，增长的合金元素通过固溶强化、、第二相强化及晶界强化等机制调合金显微组织，，从而提升硬度、、强度、、耐磨和耐侵蚀机能以及抗氧化性。。。

镍基合金的机能依赖γ′重要强化相和γ基体相的协同作用。。。在镍基合金中，，铝、、钛、、铌和钽等为γ′相形成元素，，可部门取代Ni?Al中的铝或镍位点，，提高γ′相的体积分数和不变性，，从而加强合金的高温抗变形能力；；；其中钽元素可能显著提高γ′相体模量，，最高可提升至193.33GPa，，与未掺杂钽元素时相比提高了14GPa[55]。。。钨、、钼、、铬、、钴、、铼和钌等元素因原子半径与镍靠近，，易固溶于γ基体，，起固溶强化成效，，其中增长铼元素后镍基合金的弹性模量和剪切模量均提高；；；同时铬可形成Cr2O3氧化膜提高合金抗氧化和抗侵蚀能力，，钼和钨元素则可提高镍基单晶高温合金的蠕变断裂强度。。。此外，，硼、、碳、、镁及稀土元素铈、、镧等因与镍的原子半径相差较大，，偏差偏析于晶界，，起晶界强化作用。。。上述增长的合金元素通过固溶强化、、沉淀强化及晶界强韧化作用，，协同提高了高温耐磨合金的强度和塑性[56]。。。

在钴基合金中，，铬元素既能够固溶入钴基体提升理论硬度，，还能够形成M7C3、、M23C6等碳化物硬质相，，提高耐磨机能，，同时推进致密Cr2O3氧化膜形成，，提高抗氧化和抗侵蚀能力。。。钼和钨元素能够与铬、、钴元素形成高硬度Laves相[57]，，有利于合金高温强度、、抗蠕变机能和耐磨机能提高；；；在Tribaloy合金中增长钼和铬元素还能降低钴基体的层错能，，推进塑性变形过程中FCC结构向密排六方（HCP）结构的应力诱导相变，，从而有利于耐磨机能提升[58]。。。硅和锰元素能够通过改善合金流动性提高铸造机能，，同时加强熔体脱氧作用，，并有利于节制硫元素含量。。。硼元素能够提升钴基合金的悠久强度和悠久塑性。。。碳含量通过影响碳化物的数量与种类，，从而实现合金硬度和韧性调控。。。此外，，在Co-Cr-W/Mo-Ni/Fe-C系、、Tribaloy和K640合金中增长镍能够降低钴基体的变形抗力，，提高加工机能，，增长铁元素则能够引发晶格畸变产生固溶强化成效，，提高强度。。。

铁基合金中的合金元素作用因系统而异。。。以高速钢和热作模具钢为例。。。在高速钢中，，碳元素为重要强化元素，，能够推进碳化物形成；；；钨和钼元素可提高红硬性；；；铬元素可提高淬透性；；；钒元素可增长马氏体回火不变性，，提高耐磨机能、、硬度以及红硬性；；；钴元素能够提高红硬性和二次硬化成效，，但其含量过高会降低强度和韧性。。。对于热作模具钢，，铬、、钨和硅元素可提高回火不变性，，钼、、钨和钒元素可对合金产生二次硬化成效[19]。。。

高熵合金由于成分复杂，，其合金元素影响较复杂。。。碳元素通过形成碳化物以及铌元素通过形成硬质金属间化合物（如Laves相称）提高资料的耐磨机能；；；硼元素通过扭转磨损机制，，推进加强相天生，，从而提高耐磨机能；；；铝、、钛和钼元素均可通过增大合金中硬质相的体积分数提升耐磨机能；；；硅元素可推进加强相形成，，有效提高耐磨机能[59]。。。此外，，在FeCoCrNiNb?.?合金中，，铌元素还能通过克制晶粒成长提高耐磨机能。。。

Ni3Al基合金中通过增长占据Ni3Al中铝位的γ′相形成元素，，如钨、、钼、、铌、、钒、、钽、、锆等能够起最佳的固溶强化成效[60]。。。LI等[61]钻研发现，，别离增长质量分数3％钼和3％钽后，，Ni3Al基合金的应力-断裂寿命均耽搁（别离为330，，260h），，应力-断裂机能提升，，其中钼的推进作用更显著。。。此外，，当Ni3Al基合金中的铬含量从5%增至10%时，，合金在650℃的断裂延长率从不及7%增至14%以上，，可见提高铬含量能有效改善合金的中温塑性[62]。。。

在NiAl基合金中，，铁、、钴、、铜及锰等元素通过固溶强化，，故障位错活动，，从而提高强度和硬度；；；铪、、锆、、钒、、铌、、钽等元素在降温时析出弥散藐小沉淀相，，起到沉淀强化作用；；；硼元素通过向晶界偏聚起晶界强化作用；；；铬、、钼、、钒和钨等元素有助于合金中形成伪共晶组织，，从而改善室温韧性并提高高温强度[63]，，其中铬元素还有利于藐小球形颗粒状沉淀α-Cr析出，，提高合金硬度[64]。。。ALBITER等[65]钻研了铁、、镓和钼增长对NiAl基合金显微组织与力学机能的影响，，发现这些元素可显著细化晶粒，，推进纳米级微晶形成，，其中：增长质量分数6%铁的合金的断后伸长率最高（22%）；；；增长镓的合金的屈服强度较高，，但变形速度较低；；；增长质量分数2%~6%钼后合金中形成第二相Mo?C，，断后伸长率降低；；；共同增长质量分数2%镓和6%钼的合金硬度最高。。。

Nb-Si基合金中增长钛、、铪、、硼、、锆等元素有利于提升塑性，，增长铬、、铪、、钼、、钨等元素则能够提高强度[66]。。。郭建亭等[67]钻研发现，，随铪含量增长，，Nb-16Si合金的断裂韧性提高。。。ZHANG等[68]选取放电等离子烧结技术制备了Nb-Si-Cr三元合金，，发现：随着合金中Nb5Si3和Cr2Nb体积分数增长，，而合金的屈服强度和最大抗压强度提高；；；当Cr2Nb体积分数从10%增长到50%时，，硬度从367HV升至700HV。。。

3.2加工方式

加工方式是调控晶粒尺寸与状态、、同化物数量，，进而影响合金高温耐磨机能、、强度和韧性等的关键成分。。。

在真空熔炼技术中，，电子束熔炼技术可有效解除合金的间隙孔，，使组织更致密均匀，，杂质含量更低，，资料纯度更高。。。王焱辉等[69]钻研发现，，电子束熔炼后钒金属中的间隙杂质元素碳、、氧和氮含量降低，，去除率别离达56.41%，，79.17%和52.38%，，资料纯度达99.932%。。。在航空发起机用高温合金等高端资料制备中，，选取多级串联熔炼工艺可能进一步降低有害杂质与同化物。。。CHEN等[70]钻研发现，，经过真空感应熔炼→电渣重熔精辟→真空电弧熔炼后，，高温合金中有害杂质氮、、硫和氧含量降低，，同化物数量削减，，尺寸细化，，合金在535℃下的抗拉强度提高至1053MPa，，委顿寿命耽搁至1417周次。。。

粉末冶金技术通过粉末均匀混合能够显著削减元素偏析。。。与真空感应熔炼相比，，选取粉末冶金技术制备的Al?.?Co?.?CrFeNi?.?Ti高熵合金拥有更高的抗弯强度（2018MPa）、、弹性模量（258GPa）和硬度（712HV）[71]。。。粉末粒径、、成形方式（如热等静压和静压烧结）以及烧结工艺等均会影响资料的致密水平和晶粒尺寸，，进而影响综合力学机能。。。例如：更藐小的合金粉末可能形成更细的晶粒和更均匀的组织，，提高合金强度；；；热等静压烧结从所有方向均匀施加压力，，解除了单向压力导致的各向异性，，可能获得各向同性的均匀组织，，而热压烧结是单相加压，，所制备的资料组织不如热等静压抑备的致密均匀，，其综合机能通常不如热等静压抑品；；；SHKODICH等[72]钻研发现，，高能球磨结合放电等离子烧结工艺能够细化组织，，提高TaTiNbZrX难熔高熵合金（X为钼、、钨）的抗压强度（比未进行高能球墨时提高了30%）。。。

增材制作技术冷却速度快，，可获得比真空熔炼技术更细的显微组织和析出相[73]。。。WANG等[74]钻研发现，，选取选区激光溶解技术制备的单相BCC结构Nb40Ti40Ta20难熔中熵合金的晶粒尺寸仅为选取真空电弧溶解技术制备的1/22，，前者制备的合金硬度和强度高于后者。。。分歧增材制作技术因热源、、能量输入方式和冷却速度等分歧，，对资料熔融和凝固行为的影响各别。。。LIU等[75]钻研发现：选区激光溶解的冷却速度相较于选区电子束溶解更快，，该技术制备的Ti24Nb4Zr8Sn合金中形成了细β枝晶，，抗压强度更高（50MPa）；；；但选区激光溶解的激光光斑尺寸更小，，制备的合金中缺点更多，，在高应力水平下的委顿机能更差。。。选区电子束溶解通过高温预热能有效削减残存应力与开裂；；；而电弧增材制作因热输入高、、冷却慢，，易形成粗壮柱状晶，，导致组织各向异性和残存应力问题凸起。。。

理论技术通过镀覆层或元素掺杂加强零部件理论的耐磨机能和耐侵蚀机能[47]。。。激光熔覆和堆焊技术均通过冶金结合实现镀覆层与基体的高强度结合；；；相较于堆焊技术，，激光熔覆技术的能量更高、、稀释率更低（小于5%）、、作用功夫更短，，熔覆层组织更致密，，气孔、、夹渣等缺点更少，，结合强度更高[76]。。。与前述两种技术分歧，，渗镀技术则依赖扩散固溶形成原子结合，，因而宏观界面的结合强度通常较低，，但该技术通过化学热处置可显著提升资料理论的硬度和耐磨机能。。。WANG等[77]选取等离子渗氮技术在Al?.?CoCuFeNi?高熵合金理论渗氮后，，表层形成AlN和Fe?N相，，理论硬度从渗氮前的340HV提升至587HV。。。此外，，渗镀技术还能在表层引入较大的残存压应力，，有效克制委顿裂纹的萌生与扩大，，从而提高零件的委顿强度。。。更重要的是，，该技术可能在维持基体优良韧性的同时，，赋予表层高强度，，有效解决了表层与基体在强韧性匹配上的矛盾，，充分阐扬了资料机能潜力[78]。。。

热处置是优化高温耐磨合金组织与机能的关键工序。。。通过调控加热温度、、保温功夫、、冷却速度及空气环境等参数，，热处置可有效解除内应力、、削减组织缺点、、改善成分均匀性，，并推进高密度沉淀相析出，，从而实现微观结构的精确调控与机能提升[79]。。。杨湘杰等[80]钻研发现，，经过810℃×30min热处置后，，Inconel718合金晶粒细化，，组织散布更均匀，，微观缺点削减，，硬度提高至250.48HV，，抗拉强度升至773MPa，，强度比未进行热处置时提升了8.48%。。。SHEN等[81]钻研发现，，FeCoCrV高熵合金经过600℃×1h热处置后，，其磨损率降到1.60×10^?5mm³.N^?1.m^?1。。。

4、、实现语

高温耐磨合金是一类拥有优异耐磨、、耐高和善耐侵蚀机能的特种金属资料，，宽泛利用于航空航天、、能源化工和轨道交通等工业领域。。。目前，，国内外已经开发出钴基、、镍基、、铁基、、Ni-Al基和NbSi基合金以及高熵合金等众多合金系统，，并且通过合金元素增长和加工方式优化实现了高温耐磨合金的组织调控和机能提升。。。然而，，目前该领域钻研仍存在以下几方面问题。。。

（1）高温耐磨合金摩擦学行为的系统性钻研尚不充分。。。资料的摩擦学行为受测试温度、、加载载荷、、滑动速度和环境空气等成分影响，，将来必要深刻钻研这些成分与高温耐磨合金磨损机制之间的内涵联系。。。

（2）传统高温耐磨合金（如钴基、、镍基合金）在极端前提下的综合机能已靠近极限，，难以满足新一代设备在更高温度和更复杂受力状态下的要求。。。同时，，传统高温耐磨合金依赖钴、、铼等稀贵金属元素，，导致成本居高不下，，严重制约其大规模工程利用。。？？⒌统杀、、高机能代替资料，，并通过成分设计及工艺优化降低成本，，是将来的重要发展方向。。。

（3）新型高温耐磨合金系统目前仍处于发展阶段，，存在诸多问题亟待解决。。。高熵合金的成分设计准则及其组织与机能关联机制尚未明确，，将来应结合多尺度推算仿照、、先进表征技术与原位尝试等步骤进行深刻钻研；；；Ni-Al基合金虽拥有优良的高温抗氧化性和高温强度，，但其中低温脆性大、、焊接机能差，，将来可通过显微组织调控、、复合化设计及引入韧化相，，克制晶界脆性，，并优化制备加工工艺来提升综合机能；；；Nb-Si基合金熔点高、、密度低以及高温机能优异，，但室温断裂韧性差、、高温抗氧化能力欠佳，，将来必要从显微组织设计、、韧化处置、、合金化改进及理论防护涂层等多方面协同提升机能。。。

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（注，，原文标题：高温耐磨合金的钻研进展）

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