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1、高熵合金是一種新型的多組元合金,具有廣闊的應(yīng)用前景,研究其制備技術(shù)、相形成及轉(zhuǎn)變規(guī)律、性能、熱處理理論等具有重要意義。本文基于高熵合金的成分設(shè)計(jì)理念,以氧化物為原料,利用鋁熱反應(yīng)機(jī)制,采用微波輔助燃燒合成方法制備了FeCoNiCuAlx高熵合金(x=0、0.5、1、1.5、2,記為Alx),研究了一種高熵合金制備的新方法。理論計(jì)算了反應(yīng)體系的絕熱溫度Tad,基于Miedema模型分別計(jì)算了合金體系以固溶體和金屬間化合物形式存在時(shí)的Gib
2、bs自由能,研究了FeCoNiCuAlx高熵合金的組織、結(jié)構(gòu)和性能以及熱處理轉(zhuǎn)變規(guī)律。結(jié)果表明:
反應(yīng)體系具有很高的絕熱溫度,隨著Al含量的增加,絕熱溫度逐漸降低,最低也達(dá)到了3201K。從熱力學(xué)角度分析,由于高熵效應(yīng),合金體系傾向于以固溶體形式存在,但有可能出現(xiàn)Ni-Al系金屬間化合物。
通過微波輔助燃燒合成法制備了FeCoNiCuAlx高熵合金,其具有簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)(BCC+FCC或BCC)。隨著Al含
3、量的增加,BCC相逐漸增多,當(dāng)x=2時(shí),完全為BCC相。當(dāng)x≥1時(shí),出現(xiàn)有序的BCC結(jié)構(gòu)。熱處理后發(fā)現(xiàn),五元系的Al0.5,Al1,Al1.5和Al2合金,其高溫下的穩(wěn)定相均為BCC相,符合一般規(guī)律,而四元系的Al0合金,FCC相為其高溫下的穩(wěn)定相,與鋼類似。熱處理過程中,相變溫度隨Al含量的增加而升高,Al1合金表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性,Al0.5,Al1.5和Al2合金中發(fā)生了有序轉(zhuǎn)變,Al1.5和Al2合金中出現(xiàn)了Al3Ni類型的斜方
4、相。
FeCoNiCuAlx高熵合金具有典型的樹枝晶組織,Cu元素偏聚在枝晶間,Al1合金的枝晶內(nèi)發(fā)現(xiàn)針狀析出物,枝晶間也有細(xì)小析出物存在,隨著Al含量的增加,樹枝晶變得粗大,Cu元素的偏析也變得嚴(yán)重,針狀析出物變小、球化。熱處理后,合金的成分均勻性得到改善,但仍保留了樹枝晶形貌。
FeCoNiCuAlx高熵合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能,隨著Al含量的增加,其硬度值不斷升高,塑性應(yīng)變量不斷降低,Al1合金的壓縮屈服
5、強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值,隨后下降。Al2合金的硬度最高,為571HV,Al1合金表現(xiàn)出良好的綜合性能,其屈服強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和塑性應(yīng)變量分別達(dá)到1231Mpa、1455Mpa和9.7%。700℃熱處理后,Al0和Al0.5合金的硬度大幅提高,隨著熱處理溫度的提高又出現(xiàn)下降,不同溫度的熱處理后Al1,Al1.5和Al2合金的硬度均低于鑄態(tài),但都保持在400HV以上,表現(xiàn)出良好的回火軟化抗力,Al0,Al0.5和Al1.5合金經(jīng)熱處理后綜合壓
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