CoCrFeNiAlMo x 系高熵合金组织和性能的研究
发布时间：2021-08-07 02:50
高熵合金是一种将多种元素以等摩尔比或近等摩尔比的方式混合制备的新型材料,自提出以来,受到研究人员的广泛关注。本文选择CoCrFeNiAlMox(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,（0.5）系高熵合金作为研究对象;对铸态和热处理态的合金组织和性能进行研究。利用真空熔炼法制备合金铸锭;通过箱式电阻炉对合金进行600℃、800℃和1000℃热处理并保温12h,随炉冷却;采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学显微镜、万能试验机和维氏硬度计,对微观组织和力学性能进行分析讨论。研究表明,不同Mo元素添加量的铸态CoCrFeNiAlMox系高熵合金中,Al元素在枝晶富集,Mo元素在枝晶间富集,Co、Cr、Fe、Ni元素含量变化不明显。由于Mo原子尺寸较大,合金的晶体结构发生晶格畸变,导致合金的相结构由BCC+NiAl转变为BCC+NiAl+FCC+富含Mo元素的α相。当Mo元素的添加量由Oat.%增加至0.5 at.%时,铸态CoCrFeNiAlMox系高熵合金的枝晶区域生成大量棒状和球状组织,枝晶间析出颗粒状的α相,导致硬度提高,压缩强度和塑性降低。热处理后,CoCrFeNiAl合金由BCC...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等摩尔合金混合熵与组元个数N的关系曲线图[18]
1绪论3其混合熵分别为为1.38R和2.06R[19,20]。在此基础上，叶均蔚等学者普遍认为=1.5R是合金体系在高温下抵抗原子间强的键合力的必要条件，所以，=1.5R成为区分高熵合金和中熵合金的标志，且认为5个组元是很有必要的[21]；将=1R定义为区别中熵合金和低熵合金的有效判据，因为当混合熵低于1R时，合金中的键合能占据着主要地位。据此，将合金材料划分为以下三类，如图1-2所示。图1-2合金的类别区分示意图Fig.1-2Schematicdiagramofalloyclassification如前所述，合金体系混合熵的值越大，其所在系统的自由能则越小，也就越稳定[12]。如式（1-4）所示，假设体系的△H相差不大，在等温和等压系统中，低的吉布斯自由能就表示相结构更加稳定。G=T(1-4)式中：△Hmix—混合焓。混合焓对材料的组织和性能等也起着非常重要的作用。当△Hij为正时，i粒子和j粒子相互排斥；当△Hij为负时，i粒子和j粒子相互吸引。对于多组元合金，一般采用式（1-5）来计算：=∑4≠(1-5)式中：—组元i所占的原子百分比；—二元合金的混合焓。1.3高熵合金的效应经过二十多年的发展，高熵合金已经被凝练出具有“五大效应”，即：“热力学中的高熵效应、动力学中的迟滞扩散效应、结构中的晶格畸变效应、性能中的“鸡尾酒”效应、组织中的高稳定性[21]”。经过二十多年的发展，高熵合金新的特点还在持续的发掘当中。
西安理工大学工程硕士学位论文41.3.1高熵效应热力学中，高混合熵的概念是对多主元高熵合金影响的集中体现[22]。通常情况下，高熵合金倾向于形成相结构简单的FCC相、BCC相或者HCP相的固溶体，说明混合熵必然会对其形成相率产生影响[19]，而且据研究表明，高熵合金中所形成的相数和由公式（1-1）计算所得的最多相数相差较大，前者明显少于后者。即混合熵的大小决定着合金元素之间的互溶性，使相分离减少，阻止固溶体（金属间化合物）的产生[23]。1.3.2晶格畸变效应一般认为高熵合金是由多种元素随机的、等概率的占据晶体中点阵结构所组成的典范固溶体相，也就是说高熵合金中所有合金元素没有溶质和溶剂的差别，在某种程度上，常常具有特殊性能[24]。研究表明，高熵合金在结构中的晶格畸变效应可以用合金元素的原子半径差的均方差[25]来表示：δ=√∑(1∑)=1(1-6)式中：δ—原子半径差的标准差；—所有原子半径均值；—原子半径。从式(1-6)中可以看出，δ的大小与晶格畸变的程度有联系。各种相结构的δ值见图1-3。图1-3FCC、BCC和金属间化合物相的原子尺寸方差[25]Fig.1-3AtomicsizevarianceofFCC,BCCandIntermetallicPhase[25]从图1-3中我们可以知道，δ值的大小关系为：金属间化合物>BCC>FCC。当δ>6.6%时，有利于金属间化合物等复杂结构在合金中的产生；当δ<6.6%时，则有助于无序固溶体结构在合金中的产生。因此，将δ=6.6%作为形成固溶体结构的重要依据，换句话说，就是为了减少晶格畸变能以及保持合金局部原子的应力平衡。
本文编号：3326931
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等摩尔合金混合熵与组元个数N的关系曲线图[18]
1绪论3其混合熵分别为为1.38R和2.06R[19,20]。在此基础上，叶均蔚等学者普遍认为=1.5R是合金体系在高温下抵抗原子间强的键合力的必要条件，所以，=1.5R成为区分高熵合金和中熵合金的标志，且认为5个组元是很有必要的[21]；将=1R定义为区别中熵合金和低熵合金的有效判据，因为当混合熵低于1R时，合金中的键合能占据着主要地位。据此，将合金材料划分为以下三类，如图1-2所示。图1-2合金的类别区分示意图Fig.1-2Schematicdiagramofalloyclassification如前所述，合金体系混合熵的值越大，其所在系统的自由能则越小，也就越稳定[12]。如式（1-4）所示，假设体系的△H相差不大，在等温和等压系统中，低的吉布斯自由能就表示相结构更加稳定。G=T(1-4)式中：△Hmix—混合焓。混合焓对材料的组织和性能等也起着非常重要的作用。当△Hij为正时，i粒子和j粒子相互排斥；当△Hij为负时，i粒子和j粒子相互吸引。对于多组元合金，一般采用式（1-5）来计算：=∑4≠(1-5)式中：—组元i所占的原子百分比；—二元合金的混合焓。1.3高熵合金的效应经过二十多年的发展，高熵合金已经被凝练出具有“五大效应”，即：“热力学中的高熵效应、动力学中的迟滞扩散效应、结构中的晶格畸变效应、性能中的“鸡尾酒”效应、组织中的高稳定性[21]”。经过二十多年的发展，高熵合金新的特点还在持续的发掘当中。
西安理工大学工程硕士学位论文41.3.1高熵效应热力学中，高混合熵的概念是对多主元高熵合金影响的集中体现[22]。通常情况下，高熵合金倾向于形成相结构简单的FCC相、BCC相或者HCP相的固溶体，说明混合熵必然会对其形成相率产生影响[19]，而且据研究表明，高熵合金中所形成的相数和由公式（1-1）计算所得的最多相数相差较大，前者明显少于后者。即混合熵的大小决定着合金元素之间的互溶性，使相分离减少，阻止固溶体（金属间化合物）的产生[23]。1.3.2晶格畸变效应一般认为高熵合金是由多种元素随机的、等概率的占据晶体中点阵结构所组成的典范固溶体相，也就是说高熵合金中所有合金元素没有溶质和溶剂的差别，在某种程度上，常常具有特殊性能[24]。研究表明，高熵合金在结构中的晶格畸变效应可以用合金元素的原子半径差的均方差[25]来表示：δ=√∑(1∑)=1(1-6)式中：δ—原子半径差的标准差；—所有原子半径均值；—原子半径。从式(1-6)中可以看出，δ的大小与晶格畸变的程度有联系。各种相结构的δ值见图1-3。图1-3FCC、BCC和金属间化合物相的原子尺寸方差[25]Fig.1-3AtomicsizevarianceofFCC,BCCandIntermetallicPhase[25]从图1-3中我们可以知道，δ值的大小关系为：金属间化合物>BCC>FCC。当δ>6.6%时，有利于金属间化合物等复杂结构在合金中的产生；当δ<6.6%时，则有助于无序固溶体结构在合金中的产生。因此，将δ=6.6%作为形成固溶体结构的重要依据，换句话说，就是为了减少晶格畸变能以及保持合金局部原子的应力平衡。
本文编号：3326931
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