多主元高熵合金的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、多主元高熵合金是依據(jù)等原子比、高混合熵這樣的合金設(shè)計(jì)理念而發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)的單主元合金或兩主元金屬間化合物不同，它一般由5種以上主要元素構(gòu)成，各種主元協(xié)同起作用，這使得其組織和性能特點(diǎn)在許多方面有別于傳統(tǒng)合金。
　　本文利用電弧熔煉和銅模吸鑄法制備了FeCoxNiCuAl(x=0.2、0.5、1、1.5、2、3)、FeCoNiCuAlNd、FeCoNiCuAlTi、FeCoNiCuAlSi、FeCoNiCuAlZr以及FeCoN

2、iCuAlYx(x=0、0.1、0.3、0.5、1)等多種高熵合金，同時(shí)對(duì)FeCoNiCuAl合金進(jìn)行了強(qiáng)磁場熱處理。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)及顯微硬度計(jì)等手段，分別研究了Co含量、第六主元元素、Y含量以及強(qiáng)磁場熱處理對(duì)高熵合金的相組成、微觀組織及性能的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eCoxNiCuAl高熵合金的相組成、微觀組織及性能與合金中Co含量的多少密切相關(guān)。FeCoxNiCuAl合金形成了固溶體，其相結(jié)構(gòu)較簡單，

3、當(dāng)x≤2時(shí)，F(xiàn)eCoxNiCuAl合金由簡單的體心立方(BCC)和面心立方(FCC)相組成，而FeCo3NiCuAl合金由單一的FCC相組成;Co元素能促進(jìn)FCC相的形成，且隨Co含量的增加，F(xiàn)CC相逐漸增多，且FCC相的品格常數(shù)逐漸減小;相應(yīng)地，Co含量的多少也影響了FeCoxNiCuAl高熵合金的力學(xué)性能，隨著Co含量的增多，合金的抗壓屈服強(qiáng)度逐漸下降、室溫塑性逐漸增加，其壓縮斷裂方式也有所不同，x≤1時(shí)，合金表現(xiàn)為脆斷，當(dāng)x為1.

4、5和2時(shí)，合金沿45°角方向斷裂，F(xiàn)eCo3NiCuAl合金塑性很好，壓成餅狀;同時(shí)，合金的硬度也隨Co含量的增加而減小，F(xiàn)eCoxNiCuAl(x≤1)的具有高硬度且硬度值相當(dāng)，在535HV左右，在x≥1后，硬度隨Co含量的增加而減小。
　　在FeCoNiCuAl高熵合金中分別加入Si、Ti、Zr、Y和Nd可形成六元等摩爾比合金，其相組成、微觀組織及力學(xué)性能不同。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)?主元的原子半徑與FeCoNiCuAl的平均原子半徑

5、相近或較小時(shí)，即加入Si和Ti時(shí)，合金的組織結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯改變，主要由BCC和FCC相組成，但FCC和BCC相的晶格常數(shù)及含量有所改變，合金的屈服強(qiáng)度、最大抗壓強(qiáng)度和硬度明顯提高，其最大抗壓強(qiáng)度由FeCoNiCuAl的1.35GPa分別增加到1.93GPa(加入Si)和1.66GPa(加入Ti)，同時(shí)塑性也稍有提高。而當(dāng)加入原子半徑較大的Zr時(shí)，在FeCoNiCuAlZr合金中形成復(fù)雜的化合物，力學(xué)性能顯著降低。當(dāng)加入原子半徑更大的稀土

6、元素，如Nd和Y時(shí)，在合金的組織中形成了脆性的富稀土相，直接導(dǎo)致性能變差。由于原子之間不同的混合焓值，通過能譜分析知，一般情況下都會(huì)發(fā)生元素的富集，通常情況下Cu元素偏聚于晶間。
　　在FeCoNiCuAlYx高熵合金中隨Y含量的變化，其組織結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生了一系列有規(guī)律的變化。少量添加Y對(duì)原合金結(jié)構(gòu)影響不大，仍具有簡單的FCC和BCC結(jié)構(gòu)，屈服強(qiáng)度有所增加，但是塑性明顯降低。該系合金中Cu、Y易富集于晶間，除等摩爾比FeCoNiC

7、uAlY合金外，Y幾乎全部存在于晶間，由于等摩爾比的合金中，Y的含量太多，兩相中Y分布均勻，都形成了脆性的稀土相。隨Y含量的增加，材料性能惡化，無塑性變形特征。
　　FeCoNiCuAl高熵合金在不同均恒磁場強(qiáng)度和700℃下保溫2小時(shí)后的研究結(jié)果表明，在磁場的作用下，合金中BCC相的(110)和(211)晶面在0.5T和6T時(shí)分別沿磁場方向有序化，但其形成原因和機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)條件下，磁場能