含難熔元素高熵合金的成分設計及其性能研究.pdf

1、高熵合金是一種新型金屬材料，具有獨特的結構和優(yōu)異的性能，因此受到廣泛的關注。本課題用真空電弧熔煉法制備了含有難熔金屬元素的Cu YZr/Al，Ti，Hf、CuxYxZrTiHf(x=0.6，1.0，摩爾比)和AlxHfNbTiZr(x=0、0.5、0.75、1.0、1.25和1.5，摩爾比)系列高熵合金。較為系統(tǒng)地分析了這些高熵合金的物相結構和組織形貌，測試了熱學參數、力學性能、海水耐蝕性等性能，探討了合金成分對高熵合金結構和各項性能的

2、影響機制。主要研究結果如下:
　　1.三種CuYZr/Al，Ti，Hf高熵合金的主要結構都由密排六方(HCP1)樹枝晶和存在于枝晶間的體心立方(BCC)結構CuY型化合物相組成。特別地，富Hf的HCP2固溶體相和少量非晶相分別出現在CuYZrAlHf和CuYZrAlTi高熵合金中。Hf、Ti和Zr元素集中分布在HCP1和HCP2固溶體中，這表明HCP結構元素能促進高熵合金中HCP固溶體的形成。CuYZrTiHf高熵合金的壓縮屈服強

3、度為1340 MPa，斷裂方式為塑性斷裂;而CuYZrAlHf和CuYZrAlTi高熵合金具有更高的強度和硬度，斷裂方式為脆性斷裂。富Hf-HCP2相和非晶相的存在能阻礙位錯運動，起到明顯強化作用，大幅降低了CuYZrAlHf和CuYZrAlTi合金的塑性。海水溶液中的電化學腐蝕測試表明，三種合金枝晶間的CuY型化合物發(fā)生了明顯的腐蝕，而HCP樹枝晶耐蝕性良好。此外，CuYZrAlTi合金具有較好的局部耐點蝕性。
　　2.鑄態(tài)Cu

4、xYxZrTiHf高熵合金由HCP固溶體相和位于枝晶間的CuY化合物相組成。通過同時改變Cu、Y兩種元素的含量，能夠調節(jié)這兩種物相在高熵合金中的體積分數。其中，Cu0.6Y0.6ZrTiHf合金的HCP相體積分數增多，CuY相明顯減少。兩種合金在1400℃以下沒有出現熔化現象。Cu0.6Y0.6ZrTiHf高熵合金的塑性較好，但硬度和壓縮強度略低于CuYZrTiHf合金。CuY化合物和HCP固溶體的體積分數主要決定了高熵合金力學性能的差

5、異。海水耐蝕性測試表明，Cu0.6Y0.6ZrTiHf合金出現了二次鈍化行為，具有較好的局部耐點蝕性。對Cu0.6Y0.6ZrTiHf和CuYZrTiHf合金樣品進行緩慢預形變(變形量10％)后，其強度和硬度都有小幅提升，但后者的塑性大幅下降。此外，預形變顯著改善了這兩種合金的海水耐蝕性。
　　3.在AlxHfNbTiZr高熵合金(簡稱為Alx)中，Al0和Al0.5高熵合金由單一的無序BCC固溶體組成。除無序固溶體外，Al0.7

6、5～Al1.5高熵合金中新生成了有序BCC固溶體，且這兩相的晶格常數很接近。較低的混合焓和價電子濃度有助于AlxHfNbTiZr高熵合金中有序固溶體的形成。在1400℃以下，AlxHfNbTiZr高熵合金未出現熔化現象。Al添加導致了高熵合金力學性能的顯著變化。隨著Al含量升高，脆硬的有序BCC相增多，合金的強度、硬度大幅提高，塑性變形能力明顯下降。AlxHfNbTiZr高熵合金的強化機制有固溶強化、有序固溶體強化和細晶強化。Al添加有