机械合金化AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能研究

发布时间：2020-10-10 18:11

　　 多主元高熵合金是指“由不少于四种主要元素且每种组成元素的原子百分比含量在5-35at.%的新型合金”。由于具有高熵效应,高熵合金容易形成简单的固溶体相,如FCC或BCC结构固溶体。这种新型合金具有高强度、高硬度、耐磨、高的热稳定性、特殊的电、磁性能与优异的低温力学性能等特点,已成为当今材料领域研究的热点之一。本文采用机械合金化-放电等离子烧结法制备并研究了AlxFeNiCoCr系高熵合金的相组成、微观组织和力学性能等;研究了添加Ti、Mn元素以及改变Co、Ni含量对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响;并研究了球磨工艺、烧结温度和引入增强相(复合化)对该系高熵合金的组织与性能的影响。本文主要得到以下结论:(1)Al含量的增加促进球磨时合金粉末中BCC相的形成;经SPS烧结后,FeNiCoCr形成了FCC简单固溶体相和微量的富Cr相,Al0.25FeNiCoCr形成了单一FCC结构的固溶体,Al0.5FeNiCoCr、Al0.75FeNiCoCr和AlFeNiCo Cr则形成了FCC+BCC的双相结构,其中FCC相为富Fe-Co-Cr相,BCC相为富Al-Ni相。TEM分析表明FeNiCoCr和Al0.75FeNiCoCr的FCC相中均含有少量的纳米孪晶。(2)随着合金中Al元素含量的增加,合金的强度和硬度提高,但塑性下降。Al0.75FeNiCoCr具有较好的压缩性能,压缩屈服强度、断裂强度和断裂应变分别为1938MPa、2221MPa和7.6%。FeNiCoCr塑性最好,拉伸屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为1295MPa、1315MPa和1.7%。(3)添加Ti到Al0.75FeNiCoCr中,合金形成了富Al-Ti-Ni的BCC相。5at.%Ti的加入增强了固溶强化作用,使合金强度提高,塑性下降。Mn元素的添加改变了合金中FCC和BCC固溶体的固有性质,使合金的压缩强度和塑性都下降。Co和Ni含量提高有利于合金中形成FCC相,并且烧结过程中纳米晶长大较慢从而在块体材料中形成更的多纳米晶,最终导致强度提高以及塑性降低。(4)与45h干磨+5h湿磨的工艺相比,全程湿磨工艺制备的Al0.75FeNiCoCr粉末经SPS烧结后块体强度和硬度提高,而塑性降低。1200℃烧结的Al0.75FeNiCoCr合金块体晶粒长大,屈服强度降低,而塑性提高,表现出良好的加工硬化能力。TiC和WC增强Al0.75FeNiCoCr基复合材料中的TiC与WC增强相主要分布在基体合金的FCC相中。加入增强相后,TiC和WC增强的Al0.75FeNiCoCr基复合材料强度提高,塑性下降。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF125
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 高熵合金的研究进展
        1.2.1 形成机理
        1.2.2 微观组织及晶体结构
        1.2.3 性能特点
    1.3 AlFeNiCoCr系高熵合金研究现状
    1.4 主要研究内容
    1.5 课题来源
第二章 研究方案与实验方法
    2.1 合金成分的设计
    2.2 高熵合金的制备方法
        2.2.1 高熵合金粉末的制备
        2.2.2 高熵合金块体的制备
    2.3 显微组织与结构的分析方法
        2.3.1 XRD衍射仪
        2.3.2 扫描电子显微镜
        2.3.3 透射电子显微镜
    2.4 性能测试方法
        2.4.1 块体样品的相对致密度测定
        2.4.2 维氏硬度测定
        2.4.3 压缩性能测定
        2.4.4 拉伸性能测定
xFeNiCoCr系高熵合金的组织与性能'>第三章 Al_xFeNiCoCr系高熵合金的组织与性能
xFeNiCoCr系高熵合金的相组成与微观组织'>    3.1 Al_xFeNiCoCr系高熵合金的相组成与微观组织
        3.1.1 机械合金化行为
        3.1.2 块体高熵合金的相组成及微观组织
xFeNiCoCr系高熵合金的相形成机制'>    3.2 Al_xFeNiCoCr系高熵合金的相形成机制
xFeNiCoCr系高熵合金的力学性能'>    3.3 Al_xFeNiCoCr系高熵合金的力学性能
    3.4 本章小结
第四章 合金元素对AlFeNiCoCr系高熵合金的影响
    4.1 Ti的添加对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响
        4.1.1 机械合金化行为
        4.1.2 Ti元素的添加对合金块体的相组成与微观组织的影响
        4.1.3 Ti元素的添加对合金力学性能的影响
    4.2 Mn的添加对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响
        4.2.1 Mn的添加对高熵合金的组织和结构的影响
        4.2.2 Mn的添加对高熵合金力学性能的影响
    4.3 改变Co含量对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响
        4.3.1 机械合金化行为
        4.3.2 合金块体的相组成与微观组织
        4.3.3 合金的力学性能
    4.4 增加Ni含量对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响
        4.4.1 增加Ni含量对高熵合金的组织和结构的影响
        4.4.2 增加Ni含量对合金力学性能的影响
    4.5 本章小结
第五章 制备工艺与复合化对AlFeNiCoCr系高熵合金组织与性能的影响
0.75FeNiCo Cr高熵合金的组织与性能的影响'>    5.1 球磨工艺对Al_0.75FeNiCo Cr高熵合金的组织与性能的影响
0.75FeNiCoCr高熵合金的组织与性能的影响'>    5.2 SPS烧结温度对Al_0.75FeNiCoCr高熵合金的组织与性能的影响
0.75FeNiCoCr高熵合金基复合材料的组织与性能'>    5.3 Al_0.75FeNiCoCr高熵合金基复合材料的组织与性能
        5.3.1 复合材料的相组成与微观组织
        5.3.2 复合材料的力学性能
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

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本文编号：2835411