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concept	非金属夹杂物	2026-04-29	2026-04-29	冶金，缺陷，高熵合金	高熵合金中非金属夹杂物，高熵合金纯净度控制，点蚀机理	高熵合金中非金属夹杂物控制的研究进展.pdf

非金属夹杂物

非金属夹杂物（Nonmetallic Inclusions, NMIs）是合金中由杂质元素（O, S, N, C 等）形成的非金属相，是高熵合金性能劣化的主要因素之一。

主要类型

氧化物

• Al2O3
• MnAl2O4（尖晶石）
• MnCr2O4（尖晶石）
• MgAl2O4（尖晶石）
• Cr2O3
• Ce2O3、CeCrO3（稀土氧化物）

硫化物

• MnS
• Mn(S,Se)
• Ce2O2(S,Se)、Ce2(S,Se)3（稀土硫化物）

碳化物

• M23C6（富铬碳化物）

复合夹杂物

• MnAl2O4–MnCr2O4+Mn(S,Se)
• Al2O3–AlN 团簇

形成机理

1. 原料杂质：即使使用高纯金属原料（>99.9%），仍含有少量 C、O、S、N、Al 等杂质
2. 坩埚 - 熔体反应：耐火材料（MgO、Al2O3）与合金液相互作用引入杂质
3. 气氛影响：真空、惰性气体保护或空气暴露会影响夹杂物类型
4. 精炼渣：渣系成分影响夹杂物的转变和去除

对性能的影响

力学性能

• 显著降低极限抗拉强度（UTS）
• 大尺寸团簇状夹杂物危害更大
• 夹杂物面积分数从 0.42% 降至 0.27%，UTS 从 370 MPa 提升至 480 MPa

耐腐蚀性能

• 作为点蚀核心降低耐蚀性
• MnS 包裹在 Mn–Cr–O 夹杂物表面可作为点蚀起始位置
• 添加 Ce 后夹杂物尺寸减小，点蚀电位提高

控制方法

• 真空感应熔炼（VIM）：减少气氛引入的杂质
• 渣精炼：使用 CaO–Al2O3–MgO 系渣系脱硫
• 稀土添加：添加 Ce、Y 等元素改变夹杂物形态与分布
• 坩埚选择：MgO 坩埚比 Al2O3 坩埚脱硫效果更好