高熵合金 - 图文(6)

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（a）

（b）

图4.8 Al0.4FeCr Co1.5 Ni Ti0.3 的EDS分析结果

对Al0.4FeCr Co1.5 Ni Ti0.3高熵合金材料中的两相进行了分析。由图我们可以看出合金元素中存在两种相。通过元素原子百分量分析表明，灰色区域Al、Ti、Cr含量较少而黑色区域内Fe、Co、Ni含量较多。

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4.4 力学性能

4.4.1 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3 硬度及压痕

本次试验：加载力为50N。时间为20s。经过计算得出平均硬度值为372.82 HV。 测试次数 硬度值（HV）

第一次 391.79

表4.1 高熵合金硬度值 第二次 第三次 第四次 412.51

362.25

353.31

第五次 344.22

图4.9所示的是显微硬度计测试Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金微观硬度的压痕图片，加载力为50N。图a、b、c、d、e分别是沿径向方向依次从外至内的不同测试位置。从测试数据看，硬度分别为392HV，412HV，362HV，353HV，344HV。将数据计算所得平均值为373HV。结果说明Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金具有较高的硬度，硬度分布均匀。这是因为Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3合金的高熵效应及大原子半径的铝、钛元素进去到合金的晶格之间造成晶格畸变的共同作用的结果，该系统的混合熵的熵比金属间化合物的形成的更多，抑制各种脆性金属间化合物，并促进元素间混合，取而代之的是形成了各元素的简单立方结构晶体；经过SPS烧结，简单的体心立方(BCC)转化为面心立方(FCC)或其他新相结构（本实验中未发现有新相出现），面心立方(FCC)结构的形成使得高熵合金具有非常搞的硬度，同时，在合金中保存了纳米晶体相，纳米级的晶体有助于提高合金的致密度及强硬度；加之，铝原子、钛原子半径远大于钴、镍等元素，当有这些元素进入到面心立方(FCC)结构，形成的固溶体的晶格将会发生严重畸变，畸变能的存在也是大幅提高材料的硬度原因之一。

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(a) (b)

(c) （d）

(e)

图4.9 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金微观硬度压痕照片23

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4.4.2 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3压缩性能

图4.10为Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金的压缩应力-应变曲线，从图中可以看出Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3合金表现出良好的压缩塑性，压缩率达20%，压缩屈服强度为1.80GPa，抗压强度达2.04GPa。高强度的主要原因是高熵合金具有多元的FCC结构的固溶体，由于组元间原子半径的差异导致较大的晶格畸变，阻碍位错的运动，增加应变能，导致固溶强化效应增强，从而使合金抗压强度提高。合金中以FCC相为主，或存在微小含量BCC相均匀分布在FCC相中，起到增强体的作用；FCC属于韧性相，作为基体，有助于提高材料的塑性。因此，此材料的塑性优良。

2000Stress (MPa)1500100050000510152025Strain (%)

图4.10 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金的压缩应力-应变曲

4.4.3 Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3 断口形貌

图4.11所示是Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金的断口形貌。图4.11（a）中可以看到一个个层叠的台阶，在台阶上还有大量的韧窝状的准解理纹和一些其他纵横交错的细微组织结构，观察到许多粘连滑痕，说明断裂方式中有滑移分离，属于塑性较好的断裂方式，而从相互交错的滑痕中，也可以判断出在合金断裂时，受到了来自不同方向的剪切应力，断裂的时候在某些薄弱处分离，图4.11（b）表示的滑移线和点状粘连，此外，在一些颗粒的表面上明显可以观察到断裂，可以判断出合金的断裂方式中有沿晶断裂，大部分尺度细小至纳

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米级，表明Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3的塑性性能好。总之，Al0.4FeCrNiCo1.5Ti0.3高熵合金的断裂机制结论是脆性断裂。

图4.11（a）试样断裂处形貌

图4.12（b）试样断裂处形貌

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