AlFeCuNiCrTi和FeCoNiCrAlCuSi高熵合金薄膜制备及组织与性能

发布时间：2020-05-05 19:53

【摘要】：高熵合金凭借新颖的合金化策略和自身的四大效应,使其具有化繁为简的独特功效。无论其组元成分多么复杂繁琐,其组织仍只具有单相或两相结构。这在世界范围内的学术领域掀起了研究这种新材料设计的热潮,人们都想探究这匹“黑马”在合金体系性能大赛中脱颖而出、拔得头筹的秘诀。越来越多的新的合金元素组成被证明在某领域内具有优异的性能。这也为今后的合金设计研究带来了新的思路。本文采用真空电弧熔炼和SPS烧结方法制备了AlFeCuNiCrTi和FeCoNiCrAlCuSi合金靶材,以不锈钢片和玻璃基片为衬底,通过直流磁控溅射法制备高熵合金薄膜。借助XRD、FESEM、VSM、极化曲线、纳米压痕等分析测试手段,探究其在不同溅射时间和功率条件下,薄膜微观组织结构变化规律及对性能影响。研究结果得出以下结论:(1)AlFeCuNiCrTi高熵合金薄膜的晶体结构和微观形貌:受溅射时间和功率的影响,薄膜的晶体结构不同于其靶材。随着溅射时间和功率的增加,薄膜的晶体结构由非晶态结构向FCC固溶体结构转变。薄膜的表面形貌随溅射时间和功率的增加趋于平整致密,薄膜厚度不断增加最大可达2.98μm。(2)AlFeCuNiCrTi高熵合金薄膜性能:薄膜的显微硬度和杨氏模量随溅射时间和功率的增加呈上升趋势,并在功率150W,溅射时间120min时达到最大值,分别为11.659GPa、154.354GPa。薄膜在3.5%NaCl、5%NaOH和10%H_2SO_4溶液中的耐蚀性均优于201不锈钢。(3)FeCoNiCrAlCuSi高熵合金薄膜的晶体结构和微观形貌:受溅射时间和功率的影响,薄膜的晶体结构由非晶态结构向FCC固溶体结构转变。在功率100W,溅射时间60min得条件下,薄膜的表面形貌最为均匀致密。薄膜厚度不断增加最大可达5.52μm。(4)FeCoNiCrAlCuSi高熵合金薄膜性能:薄膜的显微硬度和杨氏模量随溅射时间的增大而增大,其力学性能在较长溅射时间下受薄膜厚度的影响较大。随着溅射功率的增大而减小,其力学性能在较大溅射功率下受晶粒尺寸、表面形貌的影响较大,显微硬度和杨氏模量最大值分别为6.211GPa、116.933GPa。溅射时间过长或溅射功率较大条件下制备的薄膜,其耐蚀性不如304不锈钢。在低溅射时间和功率条件下,其耐蚀性要优于304不锈钢。薄膜在室温下的饱和磁化强度较高,最大值为16.78emu/g,矫顽力较小,是良好的软磁材料。
【图文】：

混合熵,元素个数

第 1 章绪论个数 N=13 时，合金的混合熵的增速放缓。这一现象也变相的告诉我的个数在一定范围内，，具有高的混合熵。当元素个数超过 13 个后，混合熵变化趋于平缓。此时元素个数对体系中混合熵的影响不大。表 1.1 元素个数与混合熵的关系e 1.1 The relationship between the number of elements and entropy of m数目 N 1 2 3 4 5 6 7 … Sconf/R 0 0.69 1.10 1.39 1.61 1.79 1.95 …

示意图,晶格畸变,示意图,合金体系

第 1 章绪论堆积在一起使原本规整的晶格内部出现了错位和大范围的扭曲变形。这种高晶格畸变会在晶格周围产生较大的应力场，使得位错运动变得困难。从而影响合金的抗拉强度等力学性能。但是这种晶格畸变不可能没有极限，根据 Hume-Rothery 定律，当合金体系中组元原子尺寸差大于 15%时，不利于合金体系形成固溶体[27]。因此晶格畸变效应也为设计新的高熵合金体系提供了理论依据。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

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