纯铜表面原位制备高熵合金涂层的研究

发布时间：2017-05-18 03:12

  本文关键词：纯铜表面原位制备高熵合金涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高熵合金(High entropy alloy,HEA)一般是由五种或五种以上的元素按照等原子比或接近等原子比合金化,其中主要元素的原子百分比介于5%与35%之间,而次要元素含量则小于5%,其混合熵高于合金的融化熵,形成简单固溶体的一类合金。高熵合金具有高强度、高硬度、耐高温氧化、高耐磨耐腐蚀性、高电阻率、高热阻、耐高温软化等优异的性能而备受关注。表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT)是一种强烈塑性变形的方法,通过弹丸多方向连续撞击金属表面,可在表面原位制备无污染、无孔隙、与基体无明显界面的纳米晶层。纯铜在SMAT处理后,表层可形成流变组织,缩短原子的扩散距离;同时在表面纳米晶层中存在较多的缺陷,为扩散提供通道。在机械合金化(Mechanical alloying,MA)过程中,球罐内壁粉末沉积及磨球表面被粉末包覆的现象为金属原位制备合金涂层提供了新思路。因此采用MA和SMAT可在块体金属表面原位制备合金涂层。本文基于MA和SMAT在纯铜表面原位制备高熵合金涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对涂层的物相、显微组织及成分进行分析,探索不同工艺参数对涂层的组织结构的影响,以获取最佳的制备工艺,并分析了涂层的形成机理。研究结果表明:球磨一定的时间后,等原子比NiCo,NiCo Fe,NiCoFeCr,Ni CoFeCu和NiCoFeCrCu合金最终都形成了单相FCC结构的固溶体。合金组元越多,形成固溶体所需的时间就越长。适当延长球磨时间有利于提高涂层的厚度和致密度。添加NiCoFeCrCu高熵合金粉末,球料比为10:1,转速为500rpm,球磨时间达到5 h时,涂层最为致密,厚度约为40μm,且此时涂层与基体之间发生扩散而形成冶金结合。涂层的形成主要经历了合金粉末的镶嵌,冷焊,扩散和涂层的加工硬化四个阶段。纯铜SMAT过程中添加等原子比NiCo合金原始粉末,研磨处理4h,可形成平均厚度约为100μm较连续致密的NiCo涂层,与基体结合较好,界面处基体和涂层内各元素间发生了互扩散。表面复合涂层的微观结构演变过程为:类似三明治的层状结构逐渐变为均匀的合金层。纯铜SMAT过程中添加NiCoFeCuCr高熵合金粉末,经过加粉SMAT30min→去粉SMAT30min一次循环处理后,粉末嵌入基体表面,形成的涂层与基体结合紧密但不连续。二次循环处理后,涂层连续,平均厚度约为50μm,但表面产生加工硬化导致涂层内萌生裂纹。
【关键词】：高熵合金 表面机械研磨处理 机械合金化 涂层
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSRTACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 高熵合金11-17
• 1.1.1 高熵合金的发展概况11-12
• 1.1.2 高熵合金形成固溶体的条件12-14
• 1.1.3 高熵合金的制备方法14-15
• 1.1.4 NiCoFeCuCr系高熵合金15-17
• 1.2 机械合金化制备高熵合金17-22
• 1.2.1 机械合金化技术概况17
• 1.2.2 机械合金化法制备高熵合金的研究现状17-18
• 1.2.3 基于MA制备涂层的研究现状18-22
• 1.3 表面机械研磨处理方法22-23
• 1.3.1 表面机械研磨处理22-23
• 1.3.2 基于SMAT制备涂层的研究现状23
• 1.4 选题意义和研究内容23-25
• 第二章 机械合金化制备NiCoFeCuCr高熵合金25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 实验材料、设备及方法25-29
• 2.2.1 实验材料25-28
• 2.2.2 实验设备及方法28
• 2.2.3 表征方法28-29
• 2.3 实验结果及讨论29-36
• 2.3.1 NiCo29-30
• 2.3.2 NiCoFe30-31
• 2.3.3 NiCoFeCr31
• 2.3.4 NiCoFeCu31-32
• 2.3.5 NiCoFeCrCu32-33
• 2.3.6 相形成规律33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 基于MA制备NiCoFeCuCr高熵合金涂层37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 实验材料、设备及方法37-39
• 3.2.1 实验材料37-38
• 3.2.2 实验设备及方法38
• 3.2.3 表征方法38-39
• 3.3 添加原始混合粉末39-44
• 3.3.1 表面宏观形貌39
• 3.3.2 物相分析39-40
• 3.3.3 涂层形貌及成分分析40-44
• 3.4 添加HEA粉末44-53
• 3.4.1 表面宏观形貌44-45
• 3.4.2 物相分析45-47
• 3.4.3 涂层形貌及成分分析47-53
• 3.5 涂层形成机理53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 基于SMAT制备高熵合金涂层55-77
• 4.1 引言55
• 4.2 实验材料、设备及方法55-58
• 4.2.1 实验材料55-56
• 4.2.2 实验设备及方法56-57
• 4.2.3 表征方法57-58
• 4.3 Cu基/NiCoFeCuCr涂层58-64
• 4.3.1 表面宏观形貌58-59
• 4.3.2 物相分析59-60
• 4.3.3 涂层形貌及成分分析60-64
• 4.4 Cu基板/AlZrNiCo涂层64-70
• 4.4.1 表面宏观形貌64-65
• 4.4.2 物相分析65-67
• 4.4.3 涂层形貌及成分分析67-70
• 4.5 Cu基/NiCo涂层70-75
• 4.5.1 表面宏观形貌70-71
• 4.5.2 物相分析71-72
• 4.5.3 涂层形貌及成分分析72-75
• 4.6 涂层形成机理分析75-76
• 4.7 本章小结76-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 参考文献79-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士期间发表的论文91

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