高熵合金 - 图文(3)

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较高的抗压强度和压缩率, 其抗压强度为5218MPa；x = 0.1 mol 时, 合金抗压强度和压缩率均较佳, 其抗压强度为4037MPa, 压缩率大于75%；随着Al 添加量的增加, 材料的抗压强度有所降低, 当x= 0.5 mol 时, 试样压缩到40%发生断裂。

图1.2 FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金室温工程应力-应变曲线

吉林大学的赵明等[17-19] 在制备了五种不同体系的高熵合金并对其结构与性能进行了初步研究。此外,中科院、清华大学、哈尔滨工业大学、广西大学、中山大学和山东科技大学也都进行相关的研究工作,主要是以某种高熵合金的元素种类和成分的变化对合金微观组织结构和性能的影响为主要研究内容,少部分学者对高熵合金的不同制备方法和应用进行了研究[20]。

郑炳武在其硕士论文中[21-22]深入研究并得出：“Fe37.08Cr26.13Ni11.28Al25.51、Fe30.47- Cr21.48Ni9.25Al18.81Cu19.99两种合金是偏半硬磁的软磁材料；

FeCrNiAlCuCo和Fe38.08 -Cr26.85Ni11.57Al23.50两种合金产生巨磁阻效应，其中后者比典型巨磁阻材料磁阻值还高。中山大学的姚陈忠对Tm-Fe-Co-Ni-Mn系多主元合金纳米层膜研究时发现该合金的层膜是软磁材料。

随着对高熵合金的研究不断取得好的进展，国外的学者也开对这种新型材料进行研究。S.Varalakshmi等[23-24] 通过机械合金化的方法成功制备了AlFeTiCrZnCu高熵合金。在合金的所有成分中都具有BCC 纳米结构固溶体的形成。另外,通过机械合金化制备的CuNiCoZnAlTi和NiFeCrCoMnW高熵合金也具有类似的纳米结构固溶体。

Yu-Jui Hsu 等[25]对FeCoNiCrCux 高熵合金在浓度为3.5%的盐水中的腐蚀行为进行了研究:在浓度为3.5%的NaCl溶液中,进行30 天的浸泡实验后,表面检

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测显示FeCoNiCrCu0.5 和FeCoNiCrCu 的主要腐蚀类型是由于富含铜的枝晶间位置和枝晶形成微电流而发生的电化学腐蚀,从而导致局部腐蚀,随着Cu 含量的增大,腐蚀会随之加剧。

1.4 本文研究目的与内容

1.4.1 研究目的

目前，高熵合金的制备大多采用真空电弧炉熔铸法制。本文采用的是放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS），制备Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3合金，并且对合金进行相显微镜分析、扫描电镜分析（SEM）、拉伸试验、硬度等多种分析，对合金进行力学性能等一系列研究。为此类材料的技术开发探索理论性的依据。

1.4.2 研究内容

本课题采用SPS成型技术，制备高熵合金，分析高熵效应对相组成的影响，采用SEM、XRD等分析材料的组织，采用压缩试验机研究力学性能。主要内容:

1）制备合金粉末。将Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr元素的高纯金属粉末，通过球磨机和混粉机的研磨和混合，采用机械合金化法制备高熵合金及其基复合材料，按摩尔比配Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3粉末；

2）SPS成型。采用放电等离子烧结法制备Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3合金； 3）高熵合金的微观组织观察和性能测试。采用XRD、SEM、EDS、压缩试验机等设备观察高熵合金的微观组织形态和力学性能。

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第二章 实验材料及方法

2.1 实验仪器、材料

2.1.1 实验仪器

1）Dr.Sinter825,SumitomoCoalMining Co. Ltd.,Japan SPS-825系统（Sumitomo

Coal Mining Co. Ltd.，Japan）； 2）真空干燥箱； 3）QM-3SP2型球磨机； 4）机械混粉机；

5）50目、1500目、2000目的砂纸若干； 6）金相制样成套设备； 7）真空机。

图2.1 机械混粉机

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图2.2 真空机

图2.3 高能球磨机

图2.4 真空干燥箱

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图2.5 SPS设备及装置简图

1,5-放电电极 2,4-石墨冲头3-金属粉末 6-高强石墨模腔

2.1.2 实验材料 1）无水乙醇C2H6O； 2）氩气；

3）纯度为99.99%、300目（约40μm）的金属Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr粉；

本试验中，采用了纯度99.99%、300目（约40μm）的Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr金属粉，按照高熵合金Al0.4FeCr Co1.5 Ni Ti0.3的摩尔比电子天平称量对应比例的金属粉末进行混合。

Al元素基本的物理性能：Al相对原子质量：26.9815g/mol；单质密度：2.702g/cm3； 单质熔点：660.37℃；单质沸点：2467℃。铝的晶体结构为面心

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