Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni系列多主元合金粉体的制备和性能研究

发布时间：2020-06-16 19:49

【摘要】：高熵合金(HEAs)是由5-13种元素以等原子比或近等原子比组成的,每种元素的组成在5%-35%之间,其晶体结构主要为面心立方(FCC),体心立方(BCC)和密排六方(HCP)固溶体结构,或是FCC,BCC和HCP之间的混合相组成,而不是金属间化合物或其它复杂结构组成。近年来,由于其优异的物理化学性能,如良好的延展性和强度、优异的抗疲劳性能、耐磨性、耐腐蚀性和抗高温氧化性等,在新合金领域受到了广大的关注。本文通过气雾化一步法,等离子电弧法和铝热还原法制备了Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni系多主元合金粉体,借助于X射线衍射分析(XRD)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM)、带能谱的透射电子显微镜(TEM)和电感耦合原子发射光谱(ICP-AES)研究了其晶体结构、形貌、元素分布和化学成分,并利用动电位极化曲线和磁滞回线研究耐腐蚀性和磁学性能。本研究首先利用纯度为99.0%的Al、Co、Cr、Fe和Ni金属粉为原料,采用气雾化一步法制备了AlCoCrFeNi_(2.1)高熵合金粉体。研究结果表明,所制粉体晶体结构为FCC和BCC双相,其形貌为球形,粒度大小为20-80μm且各元素分布均匀。与304L不锈钢粉体相比,AlCoCrFeNi_(2.1)高熵合金粉体在10%HCl和3.5 wt%NaCl溶液中均具有优良的耐腐蚀性,其腐蚀电流密度(I_(corr))分别降低了61.64%和7.49%;磁学性能测试表明AlCoCrFeNi_(2.1)高熵合金粉体为典型的软磁材料。接着利用纯度为99.0%的Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni金属粉为原料,采用等离子电弧放电法制备了Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni系列多主元合金纳米粉体。研究结果表明,所制粉体晶体结构随着Al元素含量的增加,由富Cu的FCC相变为FCC+M_3Al型L1_2相,最后转变为FCC+BCC双相,其形貌为球形,颗粒尺寸大小在110-180 nm之间。进一步研究表明,当晶体结构由FCC相转变为FCC+BCC双相时,其耐腐蚀性降低,软磁性能增加。然而,由于在FCC基体中出现了L1_2相纳米沉淀物,Al_(0.3)CoCrCuFeNi粉体的耐腐蚀性最好,Ms最低。最后以金属Al粉为还原剂,金属氯化盐(CoCl_2·6H_2O、CrCl_3·6H_2O、CuCl_2·2H_2O、FeCl_3·6H_2O与NiCl_2·6H_2O)为氧化剂,采用铝热还原法,以CoFeNi三元合金粉体为基础,通过Cu元素替换或添加Cu,Cr元素制备了CoCrCuFeNi、CoCuFeNi、CoFeNi、CoCuFe、CoCuNi和CuFeNi六种多主元合金纳米粉体。研究结果表明,所制备的六种多主元合金纳米粉体的晶体结构均为FCC相。其形貌是类球形,各个元素在整个体积范围内分布均匀。研究结果表明:在10%HCl溶液和3.5 wt%NaCl溶液中,Cu元素依次取代Co、Fe和Ni所形成的三元合金纳米粉体的耐腐蚀性均提高了,其耐腐蚀性顺序为:CuFeNiCoCuFeCoCuNiCoFeNi。在CoFeNi纳米合金粉体中添加Cu元素或同时添加Cu和Cr元素后,耐腐蚀性也得到提高,相应合金粉体的耐腐蚀性顺序为:CoCrCuFeNiCoCuFeNiCoFeNi。磁学性能测试表明,铝热法所制备的六种多主元合金粉体均为软磁材料,元素Cu、Cr的添加,会使Ms降低,Hc提高。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF123.71
【图文】：

即高熵合金的扩散速度比传统合金要低。图构示意图，从图中可以看到，在高熵合金中，每个晶格不同的。局部原子组态的差异导致不同的键和，所以每一个原子不管跃迁到能量较低的位置还是较高的位置，12]采用扩散偶合法成功计算出了Co、Cr、Fe、Mn和Ni在速率，并与传统的面心立方金属的参数进行了比较。研 CoCrFeMnNi 中的扩散速率比它们相对应的单金属元素使高熵合金具有高温强度[2, 13]、高温结构稳定性[14, 15]以，在要求缓慢扩散动力学的应用中，这种效应使高熵合熵合金及其氮化物已经在扩散阻抗层应用中进行了测试

2.1高熵合金粉体，实验原理图如图3.1所示。首先按照各自元素的摩尔比进行配比计算，准确称量纯度为99.0%的Al、Co、Cr、Fe和Ni粉；接着将称量好的各原材料按熔点由低到高的顺序依次加入中频感应熔炼炉中，抽1-1.5×10-3Mpa真空后充入Ar，在Ar压力为 1.02×105Pa保护气氛下熔炼(熔炼功率为180-200 KW，熔炼时间为50-60 min)，待物料完全化清后抽真空进行精炼；然后采用电阻加热中间包以及导流管到690-710 ℃，将精炼好的金属液体通过导流管倒入中间包；最后开启高压Ar开始雾化，Ar压力4 MPa

【参考文献】

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本文编号：2716496