粉末冶金制备Fe 28 Ni 28 Mn 28 Cr 8 Cu 8 与Fe 28 Ni 28 Mn 28 Cr 8 Al
发布时间：2021-04-12 07:09
采用"机械合金化（MA）+放电等离子烧结（SPS）"的方法制备出Fe28Ni28Mn28Cr8Cu8和Fe28Ni28Mn28Cr8Al8两种高熵合金块体,并研究其微观组织和力学性能。结果表明:两种高熵合金均在机械合金化后形成了FCC+BCC相的合金粉末。与Fe28Ni28Mn28Cr8Cu8合金相比较,当Cu元素被Al元素取代之后,Fe28Ni28Mn28Cr8Al8高熵合金粉末中BCC结构的固溶体相含量明显增加。经SPS烧结后,Fe28Ni28Mn28Cr8Cu<...
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图2 两种高熵合金块体的XRD谱
图1(b)所示为HEA2粉末的XRD谱。与HEA1的XRD谱类似，初始状态(0 h)时，各元素的衍射峰清晰可见。球磨20 h后，元素粉的衍射峰强度明显下降，甚至消失；湿磨40 h后，XRD衍射峰未发生变化，表明此时粉末已经完成机械合金化，最终形成了FCC+BCC相的高熵合金粉末。与HEA1不同的是，HEA2中BCC相粉末的比例较大，表明：当Cu元素被Al元素替代后，Al将会促进粉末中BCC相的形成。这主要是因为Al元素的原子半径要大于合金中其他元素的原子半径，造成较大的晶格畸变，而BCC相的致密度要低于FCC，有利于畸变能的释放[24];Cu则容易固溶于基体中，形成FCC相。因此，球磨之后HEA2中BCC相含量要高于HEA1中BCC相含量。图2所示为经SPS烧结后HEA1和HEA2高熵合金块体的XRD图谱；其中HEA1形成了FCC+Cr7C3的组织,而HEA2则为单一的FCC结构。显然两种高熵合金粉末在SPS烧结后都发生了相变，造成烧结后相变的主要原因是因为粉末的机械合金化是一个非平衡状态下的工艺过程，在球磨机的高速运转下，各元素粉末持续处于破碎和结合的循环中，这样剧烈的变形促进了粉末的合金化，同时形成了亚稳态的过饱和固溶体。此外，在球磨的过程中产生了大量的纳米晶，导致晶界体积分数增大，而在晶界处储存了大量的畸变能，降低了相变所需的自由能。最终，高熵合金粉末在SPS烧结成形的过程中，由于高温以及磁场、电场、等离子体场等多场效应的耦合作用下，使得亚稳态的BCC相的晶格发生重组，最终形成相对更加稳定的FCC结构。随后，采用排水法测得HEA1和HEA2块体的致密度分别为96.4%和97.3%。可见，两种高熵合金均达到了较高的致密度。
图2 两种高熵合金块体的XRD谱可以看到在区域A中，除了Cr的含量较名义成分较低外，其它元素的比例均达到了预期，说明SPS烧结后形成了成分比较均匀的组织；在区域B中，Cr的含量明显高于名义成分，而在Cr富集的区域C元素的含量也明显增大，这说明在烧结过程在Cr、C两个元素发生了反应。产生这种富Cr相的原因主要是因为Cr的熔点要高于HEA1中的其他元素，自扩散系数较低，在机械合金化过程中难以固溶到新相中，造成了Cr元素的偏聚；此外，在HEA1中，Fe、Ni、Mn三种元素等原子比时能够能形成FCC固溶体相[26]，而Cu与Ni之间能够很好地发生固溶，根据表2，可知Cu与Cr之间的混合焓为较大的正值，使得Cr元素更加难以固溶，导致部分区域的Cr元素的摩尔分数要远高于名义成分，并与过程控制剂(环己烷)在高温下的分解产生的C元素反应。根据文献[27]可以知道在Fe、Ni、Mn、Cr、Cu各元素中形成Cr7C3所需的自由能最低，因此，Cr7C3的形成具有最大热力学动力。
本文编号：3132870
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图2 两种高熵合金块体的XRD谱
图1(b)所示为HEA2粉末的XRD谱。与HEA1的XRD谱类似，初始状态(0 h)时，各元素的衍射峰清晰可见。球磨20 h后，元素粉的衍射峰强度明显下降，甚至消失；湿磨40 h后，XRD衍射峰未发生变化，表明此时粉末已经完成机械合金化，最终形成了FCC+BCC相的高熵合金粉末。与HEA1不同的是，HEA2中BCC相粉末的比例较大，表明：当Cu元素被Al元素替代后，Al将会促进粉末中BCC相的形成。这主要是因为Al元素的原子半径要大于合金中其他元素的原子半径，造成较大的晶格畸变，而BCC相的致密度要低于FCC，有利于畸变能的释放[24];Cu则容易固溶于基体中，形成FCC相。因此，球磨之后HEA2中BCC相含量要高于HEA1中BCC相含量。图2所示为经SPS烧结后HEA1和HEA2高熵合金块体的XRD图谱；其中HEA1形成了FCC+Cr7C3的组织,而HEA2则为单一的FCC结构。显然两种高熵合金粉末在SPS烧结后都发生了相变，造成烧结后相变的主要原因是因为粉末的机械合金化是一个非平衡状态下的工艺过程，在球磨机的高速运转下，各元素粉末持续处于破碎和结合的循环中，这样剧烈的变形促进了粉末的合金化，同时形成了亚稳态的过饱和固溶体。此外，在球磨的过程中产生了大量的纳米晶，导致晶界体积分数增大，而在晶界处储存了大量的畸变能，降低了相变所需的自由能。最终，高熵合金粉末在SPS烧结成形的过程中，由于高温以及磁场、电场、等离子体场等多场效应的耦合作用下，使得亚稳态的BCC相的晶格发生重组，最终形成相对更加稳定的FCC结构。随后，采用排水法测得HEA1和HEA2块体的致密度分别为96.4%和97.3%。可见，两种高熵合金均达到了较高的致密度。
图2 两种高熵合金块体的XRD谱可以看到在区域A中，除了Cr的含量较名义成分较低外，其它元素的比例均达到了预期，说明SPS烧结后形成了成分比较均匀的组织；在区域B中，Cr的含量明显高于名义成分，而在Cr富集的区域C元素的含量也明显增大，这说明在烧结过程在Cr、C两个元素发生了反应。产生这种富Cr相的原因主要是因为Cr的熔点要高于HEA1中的其他元素，自扩散系数较低，在机械合金化过程中难以固溶到新相中，造成了Cr元素的偏聚；此外，在HEA1中，Fe、Ni、Mn三种元素等原子比时能够能形成FCC固溶体相[26]，而Cu与Ni之间能够很好地发生固溶，根据表2，可知Cu与Cr之间的混合焓为较大的正值，使得Cr元素更加难以固溶，导致部分区域的Cr元素的摩尔分数要远高于名义成分，并与过程控制剂(环己烷)在高温下的分解产生的C元素反应。根据文献[27]可以知道在Fe、Ni、Mn、Cr、Cu各元素中形成Cr7C3所需的自由能最低，因此，Cr7C3的形成具有最大热力学动力。
本文编号：3132870
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