AlFeCuCoCrNiTi系高熵合金组织结构与性能的研究

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相对传统合金以1~2元素为主元,加入微量的合金元素和改进工艺的方法以得到良好的组织和性能,高熵合金是在突破传统的合金设计理念而发展起来的一种新型合金。该合金由5~13种元素构成,且各组元原子百分比大于在5%~35%之间。研究表明,高熵合金具备很多与传统合金不同的组织结构及性能特点,有很大的潜在应用价值。  本文在实验室现有的研究基础上,用真空电弧熔炼技术制备AlxFeCuCoCrNiTi(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金体系,大块合金AlFeCuCoCrNiTiCex(x=0,0.05,0.1)合金体系和AlFeCuCoCrNiTi(CeO2)x(x=0,0.05,0.1)合金体系,并对大块合金AlFeCuCoCrNiTi分别进行800℃淬火+200℃回火和800℃退火处理,使用光学显微镜、电子探针、XRD分析仪对高熵合金的组织结构进行研究分析,并分别通过显微硬度计、多功能摩擦磨损试验机、差示扫描热分析仪、电化学工作站对合金的显微硬度,耐磨性、热稳定性及腐蚀性能进行了测试,得出以下研究结果:  (1)本文所制备的合金体系均为树枝晶组织,且均具备简单的相结构。适量的Al元素能使合金组织细化。元素Ce增加了成分过冷度,对晶界有钉扎作用,能够细化合金组织。少量的CeO2能够促进合金共晶化,进行热处理后组织变得致密,合金发生共晶和过共晶反应。  (2)成分偏析现象普遍出现在合金体系中,且主要为Cu元素的偏析。Al元素减轻了合金系AlxFeCuCoCrNiTi中Cu的偏析,合金系AlFeCuCoCrNiTiCex中,晶间富铜现象仍然很明显,但Ce元素促进其它元素的均匀化,CeO2促使合金成分均匀,Cu元素的分布逐渐变均匀,而Cr在合金中的偏析严重。热处理促进了大原子半径元素Al的均匀化。  (3)合金系AlxFeCuCoCrNiTi显微硬度在600~1100HV之间,Al元素促进BCC结构的产生,提高了合金硬度,合金系AlFeCuCoCrNiTiCex的显微硬度均在650~950HV之间,Ce元素的加入对合金硬度也有所提高,AlFeCuCoCrNiTi(CeO2)x合金体系硬度在700HV~1000HV之间,CeO2对合金硬度影响较小,热处理后的合金系硬度在700~950HV之间,淬火态合金的硬度最高。  (4)合金系均具有较好的耐磨性,适量Al的加入能够提高合金的耐磨性,微量Ce元素促进合金组织变得致密和成分均匀化,从而提高了耐磨性。CeO2在改善合金耐磨性方面无多大影响,热处理改善了合金的磨损程度。  (5)合金均具有较好的热稳定性,除AlFeCuCoCrNiTiCe0.05在877.5℃有相的熔化外,在1000℃以下均未发生明显的相变,稀土元素和热处理对合金热稳定性影响不大。  (6)合金在3.5%的NaCl溶液中均发生钝化现象,且均在晶间发生腐蚀。Al元素增加合金系AlFeCuCoCrNiTiCex的耐腐蚀性;元素Ce会提高受长时间腐蚀合金的耐蚀性,若短时间腐蚀,Ce反而会降低合金耐蚀性。CeO2和热处理对合金耐蚀性影响较小。
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