高熵合金 - 图文(4)

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

立方晶体，电阻率低和导热系数高；纯铝的莫氏硬度在2.75左右。

Fe元素的性能：Fe相对原子质量：55.845g/mol；单质密度：7.86g/cm3； 单质熔点：1535.0 ℃；单质沸点：2750.0 ℃；纯铁具有较好的延展性，电阻率低和导热系数高；莫氏硬度：4。

Co元素的性能：Co相对原子质量：58.93g/mol；单质密度：6.7g/cm3； 单质熔点：1493℃；钢灰色，有光泽，比较硬而脆。莫氏硬度：5。

Cr元素的性能：Cr相对原子质量：51.996g/mol；单质密度：7.20g/cm3； 单质熔点：1857.0 ℃；单质沸点：2672.0 ℃；银白色金属，铬的原子不易发生反应，具有较好的抗耐腐蚀、抗高温氧化性。莫氏硬度：9。

Ni元素的性能：银白色金属，密度8.9克/cm3。熔点1455℃，沸点2730℃。质坚硬，具有导电性和良好的延展性。有好的耐腐蚀性。莫氏硬度：4.5。

Ti元素的性能：Ti相对原子质量：47.87g/mol；单质密度：4.54g/cm3； 单质熔点： 1660.0 ℃ 单质沸点： 3287.0 ℃ 银白色金属，其强度系数高、且质地轻盈，较好的耐腐蚀性。莫氏硬度：6。

所选合金原料为Al-Fe-Cr-Co-Ni-Ti，均选用的是高纯度单质。原料按照等摩尔配比，具体见表格2.1 ：

表2.1 各元素百分含量表 元 素 相对原子质量 Al Fe Cr Co Ni Ti 26.891 55.845 51.996 58.93 8.9 47.87 0.4 1 1 1.5 1 0.3 10.7564 55.845 51.996 58.93 8.9 14.361 10.8 55.8 52.0 59.0 8.9 14.4 5.4% 27.8% 25.9% 29.3% 4.4% 7.2% 摩尔值 理论质量 实际用量 百分含量 2.1.3 表征设备

1）Ultima IV 多功能X射线衍射仪（XRD）；

11

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

2）Nova nanoSEM430型超高分辨率场发射扫描电子显微镜（SEM）；

图2.6超高分辨率场发射扫描电子显微镜

3）HVS-1000数显微观硬度计，压缩实验机；

主要对Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金试样进行显微组织和力学性能进行测试和分析。

图2.7 HVS-1000数显微观硬度计

12

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

第三章 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金粉体制备及SPS合

成

采用放电等离子烧结（SPS烧结，简称SPS）法制备Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3

高熵合金材料的方法。首先，按照计算、称量好的金属粉体进行混合、球磨、放电等离子烧结制备出Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金，即机械合金化-放电等离子烧结制备该金属材料。

3.1 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金粉体制备工艺

本试验中采用了机械合金化法（MA）来制备此次所需的粉体。所谓的机械合金化法（MA）即是指运用高能球磨机，将按照成分设计，并称量好的金属材料粉末按照充分的混合，在球磨罐中开始反复研磨，使得高熵合金粉末经过多次撞击变形、粉碎、冷焊合、粉碎、再焊合、再粉碎这一过程，最终得到分散均匀、颗粒细小甚至纳米晶体的合金粉末。

3.1.1 配制合金粉末

采用纯度为99.99%、300目（约40μm）的金属Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr粉，按照以下高熵合金的摩尔比，用电子天平称量相应比例的金属粉末进行混合Al0.4FeCr Co1.5 Ni Ti0.3。

3.1.2 混粉

将称量好的金属混合粉体Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr置于混粉机，先混制4h，然后取出少量粉末用于XRD测试使用。再次混制12h。然后取出待用。

3.1.3球磨

将待磨粉体置于不锈钢磨罐中，研磨体为不锈钢球，球粉质量比为10:1,。球磨之前，先用真空机抽真空，时间10min，充入0.5MPa氩气保护；将球磨

13

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

机的转速设置为300r/min，每60min调整旋转方向一次，分别在球磨20h、30h、50h取样，每次间隔10min。

3.1.4 干燥

向球磨50h的粉末中加入无水乙醇进行湿磨，球磨时间在5h到10h之间。球磨结束后，将其球磨罐从球磨机上面取出，打开真空干燥箱，将球磨罐罐盖打开，并留一定间隙，放入干燥箱中，关上箱门，用真空机抽真空，温度调节到50℃，干燥48h后取出。将干燥好的粉放入球磨机中，转速调节到180r/min，球磨5-8min，将合金粉末筛分，取出待用。

3.2 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金SPS合成

本次试验中所运用到的放电等离子烧结技术(SPS)的装置型号是Dr.Sinter825,SumitomoCoalMining Co. Ltd.,Japan SPS-825系统（Sumitomo Coal Mining Co. Ltd.，Japan）。

实验中试样组成设计方案见表2.1。将不同组分配比的Fe、Ni、Ti、Co、Al、Cr装入石墨模具,放入SPS装置中进行放电等离子烧结。工艺流程如图（3.1）所示。

图3.1离子体烧结技术的工艺流程

SPS设备主要由烧结真空室、高能直流脉冲电源设备、载荷液压模块、微机自控单元以及烧结数据分析单元等几部分组成。通过脉冲电源可以产生一系

14

南京工程学院毕业设计说明书（论文）

列的影响：等离子体场放电等离子体放电，冲击压力，焦耳热及电场辅助扩散效应。在脉冲电流及等离子场的共同作用下，粉末颗粒间产生尖端放电现象，产生等离子高温和放电冲击压。因此，SPS烧结过程具有金属粉体表面活化作用、颗粒自发热作用-尖端放电产生高温焊合效应、高能量集中效应，经SPS烧结后，可以得到均质、致密的合金块体材料，是制备高硬、高强新材料的方法之一。

15