共晶高熵合金AlCoCrFeNi 2.1 微观结构和性能研究
发布时间：2021-03-25 05:52
传统合金的设计思路通常是以一种或两种金属元素为主要组成元素,再添加少量其他金属或非金属元素进行合金化,以达到实际应用所需的性能。但是,这种策略将合金设计限制在相图的角落,而忽略了多组分相空间的广阔中心区域。高熵合金设计策略提出采用至少四种元素为主元来冶炼合金,将合金设计成分空间扩展到多元相图的中心区域,为合金的发展提供了广阔空间。单相高熵合金可以具有高塑性或者高强度,但是同时实现高强度和高塑性依然是一个巨大的挑战。近来,共晶高熵合金AlCoCrFeNi2.1因其能够实现强塑性的优良匹配,同时还具有共晶合金良好的铸造性能,引起了材料研究工作者的广泛研究。本文以共晶高熵合金AlCoCrFeNi2.1为研究对象,对其微观结构、变形行为及力学性能优化进行了系统的研究。本论文的主要工作内容如下:1.铸造态共晶高熵合金AlCoCrFeNi2.1从微米尺度到原子尺度微观结构特征。研究发现,合金的共晶组织是由FCC和B2两相组成,而非此前报道的L12和B2两相。FCC相和B2相的取向关系为K-S取向,即<110>FCC‖<111>B2和{111}FCC‖{110}B2。由于FC...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１高摘合金晶格畸变示意图（以体心立方（ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ－ｃｕｂｉｃ，ＢＣＣ）晶体结构为??例）：（ａ）完整晶格（以Ｃｉ？单质为例）；（ｂ）添加一种不同原子半径主元引起的晶格畸变??（以Ｃｒ－Ｖ合金为例）；（ｃ）多种不同半径原子以相同的几率在晶格中随机占位造成的严重??
?成、微观结构、性能及所需加工工艺的影响巨大，在此将其单独列为一个体系。??１．２．３高熵合金的制备??高熵合金最初使用的制备方法为真空电弧熔炼和真空感应熔炼［１，２］，此后随??着高熵合金研究的发展，人们逐渐开发出诸如感应熔炼、电阻熔炼、机械合金化、??粉末冶金等多种合金冶炼方式。本文在此对高熵合金的制备方法做一个简单的介??绍。??１．液相制备法??高熵合金最常用的制备方法就是液相制备法，主要包括电弧熔炼、电阻熔炼、??感应熔炼、热喷涂及激光覆熔等。??电弧熔炼典型设备如图１．２所示［４１】，其主要制备工艺如下：将按比例配比??的纯金属原料放入坩埚中，在惰性气体保护下，通过在电极和金属原料间触发??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ?ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｃｏｐｐｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?—＾?，?麗??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇ??＾?士?ｃｏｖｅｒ?ｐｌａｔｅ??ＣＺＩｌ．－．．．－．．．．．．．．，?，?，?Ｊ??｜???ｐｌａｓｔｉｃｓ??ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｐｌａｔｅ??ｆｏｒ?ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ??ｈｉｇｈ?ｍｅｌｔｉｎｇ?１?￣｜?ｐｕｒｅ?ｔｕｎｇｓｔｅｎ?ｑｕａｒｔｚ?ｔｕｂｅ??ｐｏｉｎｔ?ｐｕｒｅ?Ｍ?＾ｃｃｔｒｏｄｃ?ｆｏｒ?ｓｃａｌｉｎｇ??ｎ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?．??＾?ｃｏｐｐｅｒ?ｃｒｕｃｉｂｌｅ??ｊ?－??．?ｉ｜?ｆ?：－?ｉｌＩｋ??／?Ｉ?＇??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ?ｓｕｐｐｏｒｔ?ｐｌａｔｅ??ｌｏｗ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｐｏｉｎｔ??？??ｐｕｒｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｖ■■■■■■?ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１
节电弧炉的功率来控制。??因此，大多数高熔点元素可以通过这种熔炼方式制备。但是，对于熔点低、易于??挥发的元素（例如Ｍｇ、Ｚｒｕ?Ｍｎ元素），电弧熔炼可能不是最佳选择，因为无法??精确控制其成分。在这种情况下，电阻加热或感应加热可能更合适。电阻熔炼和??感应熔炼与电弧熔炼类似，只是在热源的产生方式上存在差异。电阻熔炼是利用??电流通过电阻产生高热，而感应熔炼是利用交变电流电磁感应过程中的涡流来产??生闻热。??热喷涂技术也是一种液相制备技术，通常用来制备高熵合金涂层和薄膜。如??图１．３所示，热喷涂是利用热喷涂枪中的可燃性气体、电弧或等离子等产生高??热，使不同形态（粉、带、丝、棒）的高熵合金原料转变为熔融状态，并被压缩??气体加速形成雾化液滴或高温颗粒，最后高速喷射至基材表面形成薄膜或涂层。??热喷涂制备工艺的冷却速度极快，可以有效控制元素偏析，抑制偏析相的形核??与长大。??能里?喷涂材料??热喷涂涂层?准??肩，ｒ?專备??喷枪?二?喷涂羽流?的??ｆ?｛＾）面??气体或其他工艺介质?相对运动?＾??參??參??图１．３热喷涂原理示意图１４２１。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?，４２Ｌ??激光熔覆是一种与热喷涂技术相似的液相制备技术，主要用于制备高熵合金??涂层。具体来说就是通过高功率激光束辐射，使高熵熔覆材料和基材表面同时快??速熔化，撤离激光后，熔化后的液态金属快速凝固，可在基材表面获得成分均匀??且具有极细组织结构的高熵合金涂层。激光熔覆技术采用的激光束能量高，能够??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高熵合金涂层的研究现状[J]. 许诠,刘谦,黄燕滨,谢璐,黄俊雄,王昕阳. 电镀与涂饰. 2019(07)
[2]High He-ion irradiation resistance of CrMnFeCoNi high-entropy alloy revealed by comparison study with Ni and 304SS[J]. Lixin Yang,Hualong Ge,Jian Zhang,Ting Xiong,Qianqian Jin,Yangtao Zhou,Xiaohong Shao,Bo Zhang,Zhengwang Zhu,Shijian Zheng,Xiuliang Ma. Journal of Materials Science & Technology. 2019(03)
[3]Microstructure and Mechanical Properties of a CoFeNi2V0.5Nb0.75 Eutectic High Entropy Alloy in As-cast and Heat-treated Conditions[J]. Li Jiang,Yiping Lu,Wei Wu,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2016(03)
本文编号：3099153
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１高摘合金晶格畸变示意图（以体心立方（ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ－ｃｕｂｉｃ，ＢＣＣ）晶体结构为??例）：（ａ）完整晶格（以Ｃｉ？单质为例）；（ｂ）添加一种不同原子半径主元引起的晶格畸变??（以Ｃｒ－Ｖ合金为例）；（ｃ）多种不同半径原子以相同的几率在晶格中随机占位造成的严重??
?成、微观结构、性能及所需加工工艺的影响巨大，在此将其单独列为一个体系。??１．２．３高熵合金的制备??高熵合金最初使用的制备方法为真空电弧熔炼和真空感应熔炼［１，２］，此后随??着高熵合金研究的发展，人们逐渐开发出诸如感应熔炼、电阻熔炼、机械合金化、??粉末冶金等多种合金冶炼方式。本文在此对高熵合金的制备方法做一个简单的介??绍。??１．液相制备法??高熵合金最常用的制备方法就是液相制备法，主要包括电弧熔炼、电阻熔炼、??感应熔炼、热喷涂及激光覆熔等。??电弧熔炼典型设备如图１．２所示［４１】，其主要制备工艺如下：将按比例配比??的纯金属原料放入坩埚中，在惰性气体保护下，通过在电极和金属原料间触发??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ?ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｃｏｐｐｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?—＾?，?麗??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇ??＾?士?ｃｏｖｅｒ?ｐｌａｔｅ??ＣＺＩｌ．－．．．－．．．．．．．．，?，?，?Ｊ??｜???ｐｌａｓｔｉｃｓ??ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｐｌａｔｅ??ｆｏｒ?ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ??ｈｉｇｈ?ｍｅｌｔｉｎｇ?１?￣｜?ｐｕｒｅ?ｔｕｎｇｓｔｅｎ?ｑｕａｒｔｚ?ｔｕｂｅ??ｐｏｉｎｔ?ｐｕｒｅ?Ｍ?＾ｃｃｔｒｏｄｃ?ｆｏｒ?ｓｃａｌｉｎｇ??ｎ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?．??＾?ｃｏｐｐｅｒ?ｃｒｕｃｉｂｌｅ??ｊ?－??．?ｉ｜?ｆ?：－?ｉｌＩｋ??／?Ｉ?＇??ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ?ｓｕｐｐｏｒｔ?ｐｌａｔｅ??ｌｏｗ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｐｏｉｎｔ??？??ｐｕｒｅ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｖ■■■■■■?ｐｏｓｉｔｉｖｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１
节电弧炉的功率来控制。??因此，大多数高熔点元素可以通过这种熔炼方式制备。但是，对于熔点低、易于??挥发的元素（例如Ｍｇ、Ｚｒｕ?Ｍｎ元素），电弧熔炼可能不是最佳选择，因为无法??精确控制其成分。在这种情况下，电阻加热或感应加热可能更合适。电阻熔炼和??感应熔炼与电弧熔炼类似，只是在热源的产生方式上存在差异。电阻熔炼是利用??电流通过电阻产生高热，而感应熔炼是利用交变电流电磁感应过程中的涡流来产??生闻热。??热喷涂技术也是一种液相制备技术，通常用来制备高熵合金涂层和薄膜。如??图１．３所示，热喷涂是利用热喷涂枪中的可燃性气体、电弧或等离子等产生高??热，使不同形态（粉、带、丝、棒）的高熵合金原料转变为熔融状态，并被压缩??气体加速形成雾化液滴或高温颗粒，最后高速喷射至基材表面形成薄膜或涂层。??热喷涂制备工艺的冷却速度极快，可以有效控制元素偏析，抑制偏析相的形核??与长大。??能里?喷涂材料??热喷涂涂层?准??肩，ｒ?專备??喷枪?二?喷涂羽流?的??ｆ?｛＾）面??气体或其他工艺介质?相对运动?＾??參??參??图１．３热喷涂原理示意图１４２１。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?，４２Ｌ??激光熔覆是一种与热喷涂技术相似的液相制备技术，主要用于制备高熵合金??涂层。具体来说就是通过高功率激光束辐射，使高熵熔覆材料和基材表面同时快??速熔化，撤离激光后，熔化后的液态金属快速凝固，可在基材表面获得成分均匀??且具有极细组织结构的高熵合金涂层。激光熔覆技术采用的激光束能量高，能够??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高熵合金涂层的研究现状[J]. 许诠,刘谦,黄燕滨,谢璐,黄俊雄,王昕阳. 电镀与涂饰. 2019(07)
[2]High He-ion irradiation resistance of CrMnFeCoNi high-entropy alloy revealed by comparison study with Ni and 304SS[J]. Lixin Yang,Hualong Ge,Jian Zhang,Ting Xiong,Qianqian Jin,Yangtao Zhou,Xiaohong Shao,Bo Zhang,Zhengwang Zhu,Shijian Zheng,Xiuliang Ma. Journal of Materials Science & Technology. 2019(03)
[3]Microstructure and Mechanical Properties of a CoFeNi2V0.5Nb0.75 Eutectic High Entropy Alloy in As-cast and Heat-treated Conditions[J]. Li Jiang,Yiping Lu,Wei Wu,Zhiqiang Cao,Tingju Li. Journal of Materials Science & Technology. 2016(03)
本文编号：3099153
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