高熵合金的制备及合金元素对组织与性能的影响

发布时间：2017-03-18 21:08

  本文关键词：高熵合金的制备及合金元素对组织与性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从高熵合金的概念提出之后，引起了人们对高熵合金研究的重视。大多数的高熵合金具有较高的强度和硬度以及抗高温氧化和耐腐蚀等性能，但是高熵合金还没有得到广泛的应用，还处于研究阶段。本论文主要通过合金元素的选择，进行高熵合金及高熵合金薄膜的制备及组织和性能研究。 通过在纯氩气的气氛下利用真空熔炼炉成功的制备出AlFeCoNiCrSn_x、FeCoNiCuTiV_x和AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金系列以及AlFeCoNiCuZrV高熵合金靶材，然后利用磁控与离子束复合溅射沉积系统根据不同的气体成分制备出相应的AlFeCoNiCuZrV高熵合金薄膜。结果表明：(1)在AlFeCoNiCrSnx高熵合金系列中，Sn元素含量较低时，合金为单一的体心立方结构(BCC)，具有较好的强度和塑性；但是随着Sn元素含量的增加，在晶界处出现了Co3Sn2的金属间化合物，而这种金属间化合物的出现降低了合金的塑性；合金的最大强度和应变分别约为2180MPa和11.5%。(2)在AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金系列中，Sn元素的加入并没有使合金的结构发生变化，而是固溶到相应的固溶体中，并且合金中有大量的纳米颗粒析出，纳米颗粒的弥散分布阻碍了位错的运动，使得合金强度得到增加；而适当的Sn元素加入能够提高合金的强度和塑性，合金的最大强度和应变约为1580MPa和13%。(3)在FeCoNiCuTiV_x合金系列中，，当V元素含量为0时，合金并没有形成单一的固溶体，而是存在较多的复杂相，但是随着V元素的加入，使得合金的结构成为体心立方(BCC)和面心立方(FCC)的结构；并且随着V元素的增加，合金的强度得到加强，主要是由于V元素的原子半径较大，晶体发生晶格畸变，使得合金的强度得到增加，合金的强度最高能达到约2480MPa。(4)根据不同的气体成分R(O_2/Ar)制备出相应的AlFeCoNiCuZrV高熵合金薄膜，并且得到的薄膜均为非晶态，说明薄膜的非晶形成能力较好；制备的薄膜具有良好的硬度和杨氏模量，当O_2含量为零时，薄膜的硬度和杨氏模量分别为11.331GPa和182.614GPa，但是O_2浓度为10%时，薄膜的硬度和杨氏模量降低，这可能是因为薄膜的非晶簇变大，并且薄膜的致密度降低；然而当O_2浓度进一步增加时，薄膜的硬度和杨氏模量增大，这是由于强的金属氧化物(Me-O)键形成而导致。随着O_2浓度的增加，薄膜的表面粗糙度也随着增大，而薄膜的厚度却随之降低，这是因为O_2浓度的增加，形成的相应金属氧化物也越多，使得薄膜表面粗糙度随着增大，电离时候部分能量被O离子分摊，并且形成的氧化物沉积在衬底上，溅射时候的反应和掺杂增加了内应力，抑制了薄膜的生长，所以薄膜的厚度降低。
【关键词】：高熵合金 合金元素 晶体结构 显微组织 性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG139
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 高熵合金的理论依据12-14
• 1.3 高熵合金的特性14-15
• 1.4 高熵合金的研究现状及发展15-23
• 1.5 本文的研究内容23-25
• 第2章 ：实验方法25-33
• 2.1 高熵合金原材料的选择26
• 2.2 高熵合金的熔炼及制备26-29
• 2.3 高熵合金薄膜的制备29-31
• 2.3.1 高熵合金靶材的制备29-30
• 2.3.2 高熵合金薄膜的制备30-31
• 2.4 高熵合金的组织结构和性能的测试31-33
• 2.4.1 XRD 衍射实验31
• 2.4.2 微观组织观察和成分分析31-32
• 2.4.3 合金的硬度测试32
• 2.4.4 合金压缩实验测试32
• 2.4.5 合金薄膜的粗糙度实验32-33
• 第3章 高熵合金的组织与性能33-55
• 3.1 引言33
• 3.2 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金的组织与性能33-41
• 3.2.1 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金成分33-34
• 3.2.2 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金的晶体结构34-35
• 3.2.3 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金的微观组织35-37
• 3.2.4 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金的硬度测试37-38
• 3.2.5 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金的压缩性能38-40
• 3.2.6 AlFeCoNiCrSn_x高熵合金小结40-41
• 3.3 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金的组织与性能41-49
• 3.3.1 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金成分41
• 3.3.2 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金的晶体结构41-42
• 3.3.3 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金的微观组织42-45
• 3.3.4 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金的硬度测试45-46
• 3.3.5 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金的压缩性能46-48
• 3.3.6 AlFeCoNiCuVSn_x高熵合金小结48-49
• 3.4 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的组织结构与性能49-55
• 3.4.1 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的成分49
• 3.4.2 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的晶体结构49-50
• 3.4.3 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的微观组织50-51
• 3.4.4 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的硬度51-53
• 3.4.5 FeCoNiCuTiV_x高熵合金的压缩性能53-54
• 3.4.6 FeCoNiCuTiV_x高熵合金小结54-55
• 第4章 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金薄膜的制备及组织性能55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金靶材的制备55-56
• 4.3 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金靶材及薄膜的晶体结构56-59
• 4.4 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金氧化薄膜的形貌59-61
• 4.5 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金薄膜的力学性能61-63
• 4.6 AlFeCoNiCuZrV 高熵合金薄膜的粗糙度分析63-65
• 4.7 本章小结65-67
• 第5章 结论67-69
• 参考文献69-77
• 攻读硕士期间发表论文和参加的科研课题77-79
• 致谢79

【共引文献】

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本文编号：255039