AlCrFeNi多主元高熵合金基复合材料显微组织及性能研究

• 作 者: 张毅
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 多主元 高熵合金 复合材料 显微组织 力学性能

多主元高熵合金作为近几年发展起来的新型合金体系,其各种合金元素的原子浓度基本相等,突破了传统合金以一种元素为基的格局,并且可以通过合金成分优化设计,使合金具有高强度、高硬度、耐高温蠕变、耐高温氧化和耐腐蚀等优异性能。本文系统研究了AlCrFeNi多主元高熵合金基复合材料的显微组织及力学性能。利用非自耗电弧熔炼炉熔炼了AlCrFeNi-TiC和AlCrFeNi-TiB₂两种增强相四种成分的复合材料。并采用OM、SEM、EDS、XRD等分析测试手段对铸态多主元高熵高熵合金基复合材料进行组织形貌、相结构分析,进而对复合材料的显微硬度、压缩性能了进行测试分析。研究结果表明,AlCrFeNi多主元高熵合金基复合材料微观组织为BCC固溶体结构+增强相,原位自生TiC增强相的形态分为和树枝晶状两种,颗粒状TiC增强相尺寸约为1²μm。加入增强相后AlCrFeNi多主元高熵合金基复合材料的晶粒得到细化,晶内由调幅组织转变为纳米颗粒析出相。AlCrFeNi-TiC复合材料中,颗粒状TiC增强相随着凝固速度的增大而数量增多,尺寸减小。随着凝固速度增大,在AlCrFeNi-10vol%TiC中,树枝晶状TiC尺寸减小,数量减少。对AlCrFeNi多主元高熵合金基复合材料力学性能的研究表明,复合材料AlCrFeNi-TiC的显微硬度随着凝固速度的增大以及增强相体积分数的增大而增大。AlCrFeNi-10vol%TiB₂显微硬度最高,达到775HV。AlCrFeNi-TiC和AlCrFeNi-5vol%TiB₂具有优异的综合力学性能。AlCrFeNi-10vol%TiB₂由于Cr和Fe的B化物的生成,性能有所降低,在经过8.2%的弹性形变之后脆性断裂。随着TiC增强相体积分数增大,AlCrFeNi-TiC的塑性和强度都略有降低,显微硬度升高。AlCrFeNi-TiC和AlCrFeNi-5vol%TiB₂主要为解理断裂,断口上存在大量的河流状花样。AlCrFeNi-TiC断口上存在增强相脱落后留下的凹坑,一些河流状花样以这些凹坑附近区域为起点延伸。研究结果表明,AlCrFeNi-10vol%TiB₂的断口形貌主要为沿晶断裂。