材料成型及控制工程畢業(yè)設(shè)計-熱處理工藝對高熵合金微觀組織的影響規(guī)律

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　熱處理工藝對高熵合金微觀組織的影響規(guī)律</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師

2、的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計（論文）題目： 熱處理工藝對高熵合金微觀組織的影響規(guī)律 </p><p>　　1．設(shè)計（論文）

3、的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　本文主要研究熱處理工藝對AlCrCoFeNiMoTiSi八主元高熵合金的微觀組織的影響。選取原材料Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si，其純度為99.5%以上，按摩爾比為1:1:1:1:1:0.75:0.25配置合金，用真空電弧爐熔鑄AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金，通過金相顯微鏡、X射線衍射儀和SEM掃描電子顯微鏡觀察分析了合金的相組成和顯微組織結(jié)構(gòu)，探討

4、了熱處理工藝對合金組織和性能的影響。</p><p>　　2．設(shè)計（論文）的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1.了解高熵合金研究的背景，目的及意義</p><p>　　2.了解熔煉高熵合金的過程以及其元素配比</p><p>　　3.掌握掃描電鏡和XRD的原理、操作，了解其注意事項</p><p>　　4.通過實驗

5、分析高熵合金相應(yīng)的性能，找出其規(guī)律</p><p>　　5.整理材料，撰寫論文</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　[1]葉均蔚，陳瑞凱，林樹均. 髙熵合金的發(fā)展概況[J]. 工業(yè)材料雜志， </p><p>　　2005,224:71-79</p><p

6、>　　[2]杜經(jīng)邦，楊智超，葉均蔚. 塊狀多元高功能合金之特性[J].工業(yè)材料雜志，2005,224:80-86 </p><p>　　[3]葉均蔚，陳瑞凱.合金熱力學(xué)理論及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)版,1999. 149-150</p><p><b>　　進度安排</b></p><

7、;p>　　AlCrCoFeNiMoTiSi 高熵合金微觀組織分析</p><p>　　摘要：自從多主元高熵合金出現(xiàn)以來，以它獨特的性能突破了傳統(tǒng)合金只以一種或兩種金屬元素為主的設(shè)計框架，從而開辟了合金材料世界的新領(lǐng)域。多主元高熵合金是以五種或五種以上主要元素按等摩爾比或近等摩爾比經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成具有金屬特性的材料。</p><p>　　本論文選取AI、Cr、Co、Fe、

8、Ni、Mo、Ti、Si八種常用的金屬元素，通過改變熱處理工藝研究該系列合金的微觀組織的變化規(guī)律。采用氬氣保護真空電弧爐熔煉合金，運用金相顯微鏡、SEM、XRD等手段對鑄態(tài)高熵合金進行微觀組織的分析。</p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)：該合金系都形成了簡單的BCC、FCC及BCC+FCC結(jié)構(gòu)固溶體，性能具有一定的優(yōu)越性，熱處理工藝對高熵合金的微觀組織有著較強的影響，對加強合金耐腐蝕性、耐磨以及硬度起著十分重要的作用，發(fā)

9、展應(yīng)用前景十分廣闊。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高熵合金,微觀組織,性能</p><p>　　The microstructure study of AlCrCoFeNiMoTixSiy High-entropy alloys</p><p>　　Abstract: Since many main folding Jinyuan high entropy, des

10、ign framework with its unique performance breaks through the traditional alloy in only one or twokinds of metal elements, thus opening up a new field of alloy material world.Multi principal element high entropy alloy wit

11、h five or more than five kinds ofmain elements in equimolar ratio or near equimolar ratio by the combination ofmelting, sintering or other methods and has the characteristics of metalmaterials</p><p>　　This

12、paper selects AI, Cr, Co, Fe, Ni, Mo, Ti, Si eight kinds of metal elements in common use, variation of the alloy microstructure through heat treatment technology research. Using argon vacuum arc furnace smelting alloy, a

13、nalyzed by metallographic microscope, SEM, XRD and other means of microstructureof as cast high entropy alloys.</p><p>　　The study found: the alloy formation of BCC, FCC and BCC+FCC has the advantages of sim

14、ple structure solid solution, performance has certain advantages, has a strong influence of heat treatment process on themicrostructure of high entropy alloys, to strengthen the alloy corrosion resistance, wear resistanc

15、e and hardness plays a very important role in the development, application prospects.</p><p>　　Keywords: High-entropy alloys, microstructure, properties</p><p>　　目錄 </p><p

16、><b>　　1.緒論4</b></p><p><b>　　1.1概述4</b></p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義4</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容6</p><p><b>　　2.文獻綜述8</b></p>

17、<p>　　2.1多主元高熵合金的定義8</p><p>　　2.1.1固溶體混合熵8</p><p>　　2.1.2高熵合金的界定9</p><p>　　2.2高熵合金的制備方法11</p><p>　　2.2.1電弧熔煉+銅模鑄造法11</p><p>　　2.2.2高頻感應(yīng)爐加熱熔煉11&

18、lt;/p><p>　　2.2.3其他熔煉方法12</p><p>　　2.3高熵合金的特點及性能12</p><p>　　2.4多主元效應(yīng)13</p><p>　　2.4.1高熵效應(yīng)14</p><p>　　2.4.2 晶格畸變效應(yīng)14</p><p>　　2.4.3緩慢擴散效應(yīng)15&

19、lt;/p><p>　　2.4 雞尾酒效應(yīng)15</p><p>　　2.5高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域15</p><p>　　3.試驗方法和步驟19</p><p>　　3.1合金的成分設(shè)計19</p><p>　　3.2合金試樣的制備20</p><p>　　3.2.1 合金試樣的制備20&l

20、t;/p><p>　　3.2.2合金試樣的切割22</p><p>　　3.2.3合金試樣的打磨及拋光23</p><p>　　3.2.4合金試樣的鑲嵌24</p><p>　　3.3合金的組織結(jié)構(gòu)分析25</p><p>　　3.3.1金相照片的拍攝25</p><p>　　4. AlC

21、rCoFeNiMoTiSi高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究26</p><p>　　4.1高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究27</p><p>　　4.1.1金相照片27</p><p>　　4.1.2 AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究28</p><p>　　4.1.3 X-ray衍射實驗29</p>

22、<p>　　4.1.4 掃描電鏡分析31</p><p>　　4.2微觀組織的規(guī)律分析32</p><p>　　4.2.1金相組織規(guī)律分析32</p><p>　　4.2.2衍射實驗規(guī)律分析33</p><p>　　4.2.3電鏡掃描規(guī)律分析33</p><p>　　5.總結(jié)與展望34</p

23、><p><b>　　5.1總結(jié)34</b></p><p><b>　　5.2 展望34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>

24、;　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　自從多主元高熵合金出現(xiàn)以來，它以獨特的性能突破了傳統(tǒng)合金只以一種或兩種金屬元素為主的設(shè)計框架，從而開辟了合金材料世界的新領(lǐng)域。多主元高熵合金是以五種或五種以上主要元素按等摩爾比或近等摩爾比經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成具有金屬特性的材料。高熵合金元素的增多從而

25、使合金產(chǎn)生高熵效應(yīng)，相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)傾向于形成簡單體心或簡單面心結(jié)構(gòu)，同時可能伴有晶間化合物生成，甚至在鑄態(tài)就會析出納米晶，從而起到固溶強化、沉淀強化和彌散強化效果，使高熵合金的性能比傳統(tǒng)合金具有較大優(yōu)勢。</p><p>　　髙熵合金在晶體結(jié)構(gòu)及各種性質(zhì)上和傳統(tǒng)合金有極大的差異，主要包括一下幾個方面：(1)不但能形成簡單的BCC和FCC結(jié)構(gòu)甚至易產(chǎn)生納米相和無序的非晶相；(2)具有良好的熱穩(wěn)定性；(3)極高的硬度

26、、溫室強度和良好的塑性變形能力;(4)優(yōu)越的耐腐蝕和耐磨性能。一般來說，傳統(tǒng)概念的固溶體特性是具有較好的塑性變形能力，但硬度和強度較低，通常只能作為基體相。而基于多主元構(gòu)成髙熵合金形成的固溶體有著較高的強度和硬度，甚至高于非晶合金的強度，同時還具有良好的熱穩(wěn)定性和耐磨耐蝕特性，為新型結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計提供了豐富的空間。</p><p>　　髙熵合金的性能比傳統(tǒng)合金具有較大的優(yōu)越性，但對髙熵合金熱處理工藝的不同，其力學(xué)

27、性能，微觀組織結(jié)構(gòu)也會有所變化，故研究髙熵合金具體元素的特性也是很有必要，本文就以AlCrCoFeNiMoTiSi為例，研究不同熱處理工藝對此髙熵合金力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響。</p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展離不開先進材料的支撐，工業(yè)發(fā)展的越快越先進對材料的要求就會越來越高。工業(yè)革命的歷史告訴我們，工業(yè)革命的發(fā)生總是少不了材料領(lǐng)域的推動

28、力。任何新的技術(shù)成就，莫不仰賴于各種相互匹配的新型材料，而新型材料中金屬材料是其重要的一個方面，例如航空、航天工業(yè)所需的高溫合金，核工業(yè)的核燃料、核反應(yīng)堆材料，現(xiàn)代信息技術(shù)使用的硅、鍺等半導(dǎo)體材料、新型磁性材料等。由于這些新技術(shù)的發(fā)展又推動研制新的材料品種和發(fā)展新的冶金生產(chǎn)工藝和裝備。由此可見，金屬材料的開發(fā)和研究是奠定科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。</p><p>　　隨著工業(yè)發(fā)展的迫切要求，傳統(tǒng)合金在特性上已經(jīng)達到相當(dāng)高的

29、境界，但是仍然無法滿足設(shè)計的需求，所以近年來，有更多的努力欲尋求突破，開發(fā)出了一些新的材料。如介金屬材料、金屬基復(fù)合材料、金屬玻璃和無鉛焊錫等。</p><p>　　介金屬材料主要為：NiAl、Ni3A1、Ti3Al、TiA1、FeAl、Fe3Al等。這種材料具有高剛性／密度比、高溫強度／密度比以及抗氧化性能，但是它的延性和韌性都極差，因此開發(fā)了近20年，尚未能有具體突破，僅有極少量的應(yīng)用；金屬基復(fù)合材料是以Al

30、、Ti、Ni為基材，氧化物及碳化物為強化相復(fù)合而成的金屬材料。它具有高剛性、耐溫性和耐磨性的優(yōu)點，但是也有極為明顯的缺點，如它的強化相難以均勻分布、含孔洞、低韌性，使用可靠度也比較低，因此未能取代鈦合金及其他結(jié)構(gòu)材料；金屬玻璃和無鉛焊錫也由于存在這樣或那樣的不足，未能大量使用于實際。</p><p>　　自從傳統(tǒng)合金材料問世以來，我們都在傳統(tǒng)合金觀念下配制合金、開發(fā)其工業(yè)、研究其微觀組織結(jié)構(gòu)性能以及開發(fā)應(yīng)用，無形

31、中也就限制了合金發(fā)展的自由度及空間。究其原因，主要是因為在傳統(tǒng)合金觀念下，雖然可以添加少量合金元素來提高和改善材料性能，但如果合金中成分過多，會產(chǎn)生金屬間化合物和復(fù)雜相，導(dǎo)致合金性能惡化；也給材料的組織、成分分析以及材料的性能控制帶來極大的困難。</p><p>　　傳統(tǒng)合金材料的禁錮，使得金屬材料的發(fā)展似乎鉆進了一條死胡同，能夠做出的突破越來越少，與日新月異的科技發(fā)展速度越來越不匹配。因此解放思想，打破桎梏，成

32、為了新型金屬材料研究的新課題。</p><p>　　從合金材料問世以來，材料工作者們完成了三次重大突破，即：多元素大塊非晶合金、多功能的超彈塑性合金以及納米結(jié)構(gòu)的高熵合金的制備。高熵合金是以中國臺灣國立清華大學(xué)以葉均蔚為首的學(xué)者們，通過多元素大塊非晶合金的研究，首先跳出了傳統(tǒng)合金的狹窄理念，于1996年提出新的合金設(shè)計理念，高熵合金從此出現(xiàn)在了世人的面前。作為三種新型材料之中最后提出來的高熵合金，目前可以說是一塊

33、尚未開發(fā)的全新領(lǐng)域。但毫無疑問的，這是一個極具學(xué)術(shù)研究價值及工業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ母咝驴萍?，通過研究該項科技，可研發(fā)出大量實用和高技術(shù)含量的新型金屬材料。通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，高熵合金地制備，除了可以使用傳統(tǒng)金屬的加工工藝以外，還可以利用速凝法、機械合金制備。通過這2種方法所制備的高熵合金，其微觀組織更傾向于形成納米晶顆?；蚴欠蔷ЫY(jié)構(gòu)。</p><p>　　與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金在以下特性中擁有更好的表現(xiàn)：</p&g

34、t;<p>　　高硬度和良好的韌性；</p><p>　　良好的耐腐蝕性和耐磨性；</p><p>　　較高的耐溫性和回火抗性；</p><p>　　良好的加工硬化性能。</p><p>　　因此，高熵合金可以作為工程材料中多種其他合金的替代材料使用。</p><p>　　高熵合金的性能比傳統(tǒng)合金具有較大

35、優(yōu)越性，但其微觀組織和性能機理有待研究。開展這方面的工作，對于開發(fā)新型高熵合金材料，促進高熵合金在工業(yè)上的應(yīng)用，具有十分重要的經(jīng)濟價值和社會價值。我們堅信對高熵合金的不懈的研究，一定會開辟材料世界的新領(lǐng)域，進而推動下一次工業(yè)革命的盡快發(fā)生，加快人類文明的腳步。</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　髙熵合金的研究成果現(xiàn)在還處在初級階段，無論是從理論上，還是從具

36、體實驗的設(shè)置及結(jié)果上，所出的成果還是很少的。人們對髙熵合金的合金化過程機理及其涉及到的諸多科學(xué)問題，基本上還沒有很好的認識和解釋。對于怎么樣選擇合金的元素種類，也沒有科學(xué)的依據(jù)可循。此外，對髙熵合金凝固后的微觀組織結(jié)構(gòu)、相的成分與合金的機械性能、物理性能和化學(xué)性能之間的關(guān)系，也沒有找到其間的規(guī)律性。因此有待于開展這方面的研究工作，探索其組織和性能的形成機理及其影響規(guī)律。</p><p>　　選取Al-Cr-Co-

37、Fe-Ni-Mo-Ti-Si系列合金，研究熱處理工藝對AlCrCoFeNiMoTiSi八主元合金的組織的影響。原材料為高純度（99.5%）的Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si按摩爾比為1:1:1:1:1:0.75:0.25配置合金，用真空電磁爐熔鑄AlCrCoFeNiMoTiSi髙熵合金。研究合金鑄態(tài)與退火態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，以及不同熱處理工藝對八元合金的微觀組織、結(jié)構(gòu)的影響。主要做以下幾方面的工作：</p><

38、;p>　　選擇日常使用的金屬材料，通過改變熱處理工藝，研究其對合金微觀組織的影響。改變熱處理工藝方法，研究熱處理工藝對材料組織的影響。</p><p>　　使用光學(xué)顯微鏡觀察合金觀微組織形貌；運用XRD衍射實驗來分析合金晶體結(jié)構(gòu)；對合金進行電鏡掃描實驗，獲得合金的微觀組織形貌，并利用EDS分析實驗對合金中的各個不同相進行點掃描，以獲得髙熵合金元素在不同的相中的原子百分比情況。</p><

39、p>　?。?） 通過以上實驗數(shù)據(jù)，分析不同熱處理工藝對合金微觀組織的影響。</p><p><b>　　第2章 文獻綜述</b></p><p>　　2.1多主元高熵合金的定義</p><p>　　髙熵合金（high entropy alloys），又叫高混亂度合金，多主元高功能合金（目前被定義為5到13元的多元合金），是傳統(tǒng)合金之外的

40、另一個合金世界，是一嶄新的合金設(shè)計理念。一多主元成分取代傳統(tǒng)上使用單一主成分的合金設(shè)計理念，即至少以五個主要元素配置合金，每個主要元素含量至少超過5%，但最多不超過35%，如CrCoNiAlCuFe、或者我們即將研究的AlCrCoFeNiMoTiSi等[1.2]。此“多元高功能合金”的自由度大，可選擇的合金元素種類多，還可額外添加微量元素（包括類金屬元素）以改變合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[3]。髙熵合金為金屬材料開創(chuàng)了一個新的領(lǐng)域，毫無疑問，這是

41、一個極具學(xué)術(shù)研究價值及工業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ母咝驴萍迹ㄟ^研究該項科技，可研發(fā)出大量實用和高技術(shù)含量的的新型金屬材料。</p><p>　　2.1.1固溶體混合熵</p><p>　　在熱力學(xué)上，熵(entropy)是代表一個物質(zhì)系統(tǒng)的混亂度的參數(shù)，如果混亂度越大，熵就越大。一個物質(zhì)系統(tǒng)中的原子振動組態(tài)、電子組態(tài)、磁矩組態(tài)、原子排列組態(tài)等都會影響系統(tǒng)的熵值，其中原子排列組態(tài)的影響最大，如果忽略其它

42、組態(tài)對熵值的影響，則系統(tǒng)的熵以原子排列的混合熵為主?；旌响匾卜Q組態(tài)熵，組態(tài)熵隨著合金中組元的組合方式的不同而不同，其反映合金中組元的組合方式，例如二元固溶體、空位固溶體與有序固溶體等組元組合方式不同，其組態(tài)熵也不同。熵(S)是熱力學(xué)幾率，組態(tài)熵 △S=KlnW。計算熱力學(xué)幾率，實際上是一個計算組合的問題，下面以二元置換固溶體為例進行計算。</p><p>　　設(shè)固溶體晶格中一共有N個結(jié)點，被A平EIB兩類原子完全

43、占據(jù)，一個結(jié)點上只能容納一個原子，這兩類原子的數(shù)目分別是NA和NB，現(xiàn)在計算這兩類原子填充到結(jié)點上的組態(tài)數(shù)目。NA個結(jié)點被A類原子充填后，余下的NB個結(jié)點由B原子占據(jù)，此時只有一種組合，所以求兩類原子的填充組合實際上是求NA個原子占據(jù)N個結(jié)點的組合數(shù)，即1</p><p>　　一般N很大，例如1摩爾原子的晶體中，N就是阿夫加德羅常數(shù)6.0225×1023，所以計算階乘時可以采用斯特林(Stirling)

44、近似公式，即</p><p>　　lnN!=NInN-N</p><p><b>　　故組態(tài)熵為</b></p><p>　　如果用摩爾分數(shù)表示成分，則上式為</p><p>　　式中，Nk=R=8．314J·mol-1·K-1，即氣體常數(shù)；cB——摩爾分數(shù)，cB=NB/N。</p>&

45、lt;p>　　cB與（1-cB）都是小于1的正數(shù)，故它們的對數(shù)都是負的，所以組態(tài)熵Sm為正值。</p><p>　　進一步推廣，當(dāng)固溶體由幾種原子組成時，其組念熵Sm(或混合熵Smix)為</p><p>　　Smix=-R(c1lnc1+c2lnc2+……+cnlncn)</p><p>　　當(dāng)c1=c2……=cn，會得到很高的混合熵。</p>

46、<p>　　2.1.2高熵合金的界定</p><p>　　如果合金的組元都是等摩爾比例，則根據(jù)式(1．5)，合金的混合熵隨著合金主元的個數(shù)的變化而變化的趨勢如圖1-1，可見，隨著合金元素個數(shù)的增加，合金的混合熵增加。臺灣學(xué)者發(fā)現(xiàn)當(dāng)合金的主元個數(shù)n≥5時，合金生成固溶體，不易出現(xiàn)金屬問化合物，認為合金的混合熵起著很大的作用，所以用混合熵來劃分合會世界。根據(jù)式(1．5)，若合金組元都是等摩爾比，則每摩爾的

47、合金的混合熵S=Rlnn，n為主元個數(shù)，所以二、五主元合金的混合熵分別是：0.693R、1.61R，只有一個主元的合金的混合熵應(yīng)該小于0．693R，而五主元以上的合金的混合熵大于1．61R。以0.693R和1.61R為界線，可以把全部合金分為三大類，即低熵合金、中熵合金與高熵合金，以1個元素為主的合金為低熵合金，2～4個元素為主的合金為中熵合金，5個主元以上(包含5個)的合金為高熵合金，見圖2-2</p><p>

48、;　　圖2-1合金的混合熵隨合金主元個數(shù)的變化而變化趨勢圖</p><p>　　圖2-2以熵劃分的合金示意圖</p><p>　　2.2高熵合金的制備方法</p><p>　　2.2.1電弧熔煉+銅模鑄造法</p><p>　　實驗室規(guī)模制備塊體高熵合金最常用的方法是電弧熔煉附加銅模鑄造，合金的熔化采用電弧熔煉方法，合金熔體在快速凝固使會出現(xiàn)

49、樣品表面收縮現(xiàn)象，造成樣品表面不夠光滑。熔煉時，將原料放入熔煉爐的銅坩堝內(nèi)，由于組成高熵合金的元素種類較多，一般要熔煉3~4次，以保證合金成分的均勻性。</p><p>　　銅模鑄造法是利用氣體壓力差將合金熔體快速注入水冷銅模，獲得所需形狀鑄件的方法。銅模鑄造法具有所需控制工藝因素少，合金冷卻速度快等特點。其實驗原理如圖1-3所示，在銅模頂部凹槽內(nèi)放置母合金，然后對整個爐腔抽真空(至2×10-3Pa)關(guān)

50、上閥門1，打開閥門2，對整個爐腔充入氬氣后關(guān)閉閥門2。利用電弧加熱母合金，待其完全融化后，打開閥門3，將銅?？涨慌c真空泵連通，利用爐腔與銅?？臻g之間的壓力差將合金熔體快速吸入水冷銅模，使熔體快速冷卻而形成一定形狀的鑄錠。</p><p>　　圖2-3 銅模鑄造法制備高熵合金示意圖</p><p>　　2.2.2高頻感應(yīng)爐加熱熔煉</p><p>　　熔煉中要加入適量

51、的凈化劑，用于凈化除去金屬液中氧化渣并對金屬液起保護作用，防止金屬在熔煉過程中過多的氧化。在澆注前應(yīng)將金屬液靜止一段時間，以利雜質(zhì)的浮起和金屬液成分的均勻，最后將凈化劑撈出，以防止在金屬液澆注過程中氧化渣難以浮起，凝固于合金中，影響金屬合金的性能。為了減少熔煉工程的金屬元素的氧化量，各種成分元素的添加應(yīng)具有一定的順序，例如容易燒損金屬鋁，應(yīng)待其他金屬熔化后再加入到熔煉坩堝中。</p><p>　　2.2.3其他熔

52、煉方法</p><p>　　此外高熵合金還可以用機械合金化法和真空熔體快淬法等[31-41]。機械合金化(MA)是一種非平衡態(tài)粉末固態(tài)合金化方法，其特點突出表現(xiàn)在材料制備過程中的非平衡性和強制性; 高熵合金薄帶的制備方法主要是真空熔體快淬法,其基</p><p>　　本的工作原理是：將預(yù)先熔煉得到的鑄錠裝入石英管進行二次熔化，這個過程在封閉的保護氣氛或真空下進行，然后將融化的過熱液態(tài)合金噴

53、射到按照設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的水冷銅模上，合金被快速冷卻而形成薄帶。這種方法具有極高的冷速，可以使多種金屬及合金形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，所制備的非晶薄帶具有特殊的力學(xué)及物理性能。</p><p>　　2.3高熵合金的特點及性能</p><p>　　鑒于高熵合金擁有特殊的理論依據(jù)和設(shè)計理念，因此高熵合金與傳統(tǒng)合金相比也擁有與眾不同的特點，下面進行總結(jié)：</p><p>　　(1)高熵

54、合金傾向于形成簡單相結(jié)構(gòu)的BCC或FCC固溶體。根據(jù)吉布斯自由能公式所示：</p><p>　　式中T為熱力學(xué)溫度，Hmix為混合焓，Smix為混合熵，Gmix為吉布斯自由能。由公式很容易看出混合焓和混合熵之間的關(guān)系是相互對立、相互制約的，合金自由能便是它們結(jié)合的產(chǎn)物。簡單BCC和FCC結(jié)構(gòu)固溶體的形成需要較低的自由能，而高熵合金的混合熵很高，這就使得合金的自由能極低，合金最終傾向于形成簡單固溶體相。</p

55、><p>　　(2)高熵合金僅在鑄態(tài)或是完全回火態(tài)下就會析出納米晶顆粒。這是因為</p><p>　　高熵合金在熔煉時，各元素熔化后的原子混亂排列，凝固時這些原子很難進行擴散和再分配，這就有利于在合金基體內(nèi)部形成納米晶顆粒。</p><p>　　(3)高熵合金擁有極大的混亂度，特別是在高溫下，其混亂度將會變得更大。根據(jù)合金自由能越低，則合金系統(tǒng)越趨于穩(wěn)定的原則，高熵合金

56、在高溫下的穩(wěn)定性依然極高，固溶強化依然存在，因此合金擁有極高的高溫強度。研究表明，高熵合金在1000℃的高溫下進行長時間(約12小時)的熱處理后，硬度不降反升，與傳統(tǒng)合金形成了鮮明的對比，如下表2-4所示。</p><p>　　表2-4高熵合金與傳統(tǒng)合金回火比較</p><p>　　(4)高熵合金以簡單BCC和FCC結(jié)構(gòu)固溶體存在時，由于組成元素之間在原子半徑、晶體結(jié)構(gòu)等方面存在差異，高熵

57、合金的固溶強化會產(chǎn)生強效，導(dǎo)致位錯在合金內(nèi)部難以進行，因此合金硬度和強度都較高：而當(dāng)高熵合金以非晶結(jié)構(gòu)存在時，更是不存在位錯，因此合金性能更強。</p><p>　　(5)高熵合金的主要組成元素至少5種以上，合金的晶格扭曲情況十分嚴重，因此合金的物理、化學(xué)性能以及機械性能也將會產(chǎn)生極大的變化。</p><p>　　(6)高熵合金中總有一些元素，如Al元素，會使合金產(chǎn)生致密氧化物，而高熵合金

58、通常都具有納米晶、非晶、單相、低自由焓的特性，因此高熵合金的耐腐蝕性能比傳統(tǒng)合金更為優(yōu)秀。</p><p><b>　　2.4多主元效應(yīng)</b></p><p>　　高熵合金之所以微觀結(jié)構(gòu)上具有簡單結(jié)構(gòu)的固溶體，不傾向于出現(xiàn)金屬間化合物，傾向于納米化，甚至非晶；性能上，具有高的強度、硬度與加工硬化性，耐高溫氧化與軟化，具有良好的耐磨與耐蝕性，電阻率高等優(yōu)于傳統(tǒng)合金的特

59、征，是因為這些結(jié)構(gòu)與性能特性都源于高熵合金具有多主元效應(yīng)，具體表現(xiàn)如下幾個方面。</p><p><b>　　2.4.1高熵效應(yīng)</b></p><p>　　對高熵合金的研究表明，當(dāng)合金由多種主要元素組成時，將產(chǎn)生高熵效應(yīng)，形成具有體心立方或面心立方等簡單晶體結(jié)構(gòu)的固溶體相。這種現(xiàn)象可以根據(jù)Gibbs自由能方程解釋： </p><p>　

60、　ΔGmix =ΔHmix-TΔSmix </p><p>　　當(dāng)混合焓改變不大時，混和熵越高，Gibbs自由能越負，體系的相越穩(wěn)定，由此表明，具有高熵狀態(tài)的固溶體形態(tài)可能是高熵合金的穩(wěn)定態(tài)?；旌响嘏c混合焓處于相互競爭的地位，在高溫階段混合熵起主導(dǎo)作用。因此，隨機互溶狀態(tài)下高熵合金較大的混合熵就會相當(dāng)程度地擴展端際固溶體或金屬間化合物的溶解范圍，從而形

61、成簡單的多組元互溶相，這種情況在高溫階段尤為明顯。高的混合熵增進了元素間的相容性，避免發(fā)生相分離而導(dǎo)致端際固溶體或金屬間化合物的生成。</p><p>　　2.4.2 晶格畸變效應(yīng)</p><p>　　高熵合金包含五種以上主要元素，因為各種元素的原子尺寸大小都不一樣，如圖1-4，包含多種元素的晶格嚴重畸變，產(chǎn)生強大的晶格畸變能，如果晶格畸變能太高，將無法保持晶體的構(gòu)型，畸變的晶格將會坍塌而

62、形成非晶相。晶格畸變大大影響合金的物理化學(xué)性能，如導(dǎo)致固溶強化，影響合金的導(dǎo)電性、磁性、導(dǎo)熱性等。</p><p>　　圖2-5 六主元合金的原子排列</p><p>　　2.4.3緩慢擴散效應(yīng)</p><p>　　高熵合金的鑄態(tài)微觀組織傾向于納米化與非晶，主要原因與動力學(xué)有關(guān)。因為相變?nèi)Q于合金中不同元素原子的協(xié)同擴散與不同相的平衡分離。在高熵合金的鑄造過程中，

63、液-固相變時，多個元素間的協(xié)同擴散更為困難，而且嚴重的晶格畸變將減緩元素的擴散速率，故高溫時相的分離很緩慢，甚至被抑制而延遲到低溫，這是鑄念的高熵合金出現(xiàn)納米析出物的根源。如果鑄造時冷卻速率很大，原子這種緩慢的擴散將抑制晶核的形成，合金將形成非晶質(zhì)。</p><p><b>　　2.4 雞尾酒效應(yīng)</b></p><p>　　雞尾酒的英文名稱是Cocktail，是一種

64、以蒸餾酒為酒基，再配以果汁、汽水、礦泉水、利口酒等輔助酒水，水果、奶油、冰淋、果凍、布丁及其他裝飾材料調(diào)制而成的色、香、味、形俱佳的藝術(shù)酒品。它兼具了酒與果汁的長處，而淘</p><p>　　汰了自身的缺點。勾兌出效應(yīng)，融合成優(yōu)勢——這被人們稱之為“雞尾酒效應(yīng)”。對于高熵合金出現(xiàn)的各種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)與性能，S.Ranganathan稱之為“Multimetallic Cocktails” ，也就是說這種新型的合金也

65、有“雞尾酒效應(yīng)”，因為合金包含有多種元素，各種元素之間相互作用，兼具了各種元素的基本特性，又淘汰了各自的缺點，呈現(xiàn)出一種復(fù)合效應(yīng)?？梢酝ㄟ^添加或改變某些元素的含量，改善合金的微結(jié)構(gòu)，加強其在合金中的特性，在不損害合金的性能的基礎(chǔ)上提升合金的某些性能。例如添加B元素可以提高合金的耐磨性與高溫壓縮性能；Co、Cu、Ni元素促進FCC結(jié)構(gòu)的生成，而Al、Cr促進BCC結(jié)構(gòu)的生成，影響合金的強度。</p><p>　　2

66、.5高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p><b>　　高速切削用刀具</b></p><p>　　高熵合金具有較高的硬度和耐磨性。多數(shù)高熵合金的鑄態(tài)組織硬度為600～900H V，相當(dāng)于或者大于碳鋼及合金碳鋼的完全淬火硬化后的硬度；改變合金元素的含量，還可進一步提高合金的硬度。而且高熵合金還通常表現(xiàn)出很高的耐熱性，例如，Al0.3CoCrFeNiC0.1高熵合金在700

67、～1000℃時效處理72h后，合金硬度非但沒有下降，反而有不同程度的提升。普通高速鋼，如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2的有效切削加工溫度在600℃以內(nèi)，溫度再高，刀具會明顯鈍化。此外，高速鋼刃具在獲得高硬度、高耐磨性的同時，犧牲了鋼材的塑性及韌性，使刀具常常出現(xiàn)折斷、崩刃等失效形式。</p><p>　　而高熵合金在獲得高硬度的同時，具有較好的塑性、韌性。例如，F(xiàn)eCoNiCrCuAl0.5經(jīng)50％壓下率冷

68、壓(即冷壓合金時的塑性變形量達到50％)后，非但沒有出現(xiàn)任何裂紋，反而在枝晶內(nèi)部出現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)，大小約數(shù)納米到數(shù)十納米，合金硬度得到進一步提升；AlCoCrFeNiTi1.5在32％以內(nèi)的壓下率內(nèi)冷壓，也表現(xiàn)出非常好的延展性。這么大比例的壓下率，對于高速鋼來說是不可想象的。故而高熵合金應(yīng)用于高速切削刀具的制造具有明顯的優(yōu)勢。此外，磁控濺射法制備高熵合金鍍膜的成功，可以在普通鋼制刀具表面鍍上一層高熵合金薄膜，鍍膜厚度在2．5um以內(nèi)。這樣

69、一來，既可以獲得良好的切削加工性能，又能節(jié)約成本。</p><p>　　(2)各類工具鋼和模具鋼</p><p>　　高熵合金具有高硬度、高耐磨性、高強度及優(yōu)良的耐高溫性能、耐蝕性，使之非常適合制備各類工、模具，尤其是擠壓模和塑料模。例如A1CoCrFeNiTi1.5的抗壓強度高達2.22GPa，含有Cr或Al的高熵合金具有高達1100℃的優(yōu)異抗氧化性能。普通模具鋼則無法兼顧耐磨性、耐蝕性

70、、耐高溫性及良好的塑性。</p><p>　　(3)超高大樓的耐火骨架</p><p>　　美國“9·11”事件中，雙塔的整體坍塌很大程度上是因為大樓骨架鋼筋受熱后強度急劇下降，從而無法負荷大樓重量所致。隨著土地資源的緊缺，國內(nèi)外修建超高大樓的案例將越來越多，因而超高大樓的耐火安全性正引起人們越來越多的重視。高熵合金具有極高的抗壓強度和優(yōu)良的耐高溫性能，用做超高大樓的耐火骨架，可

71、以使大樓在發(fā)生意外火災(zāi)而導(dǎo)致樓體溫度較高時保持原有的承重能力，保證大樓的安全，減少人員和財產(chǎn)的損失。</p><p><b>　　(4)渦輪葉片</b></p><p>　　高熵合金良好的塑性使其易于制成渦輪葉片，而其優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、高加工硬化率及耐高溫性能，可保證渦輪葉片長期、穩(wěn)定地工作，提高服役安全性，減少葉片的磨損、腐蝕失效。</p><

72、;p>　　(5)電子器件、通訊領(lǐng)域</p><p>　　高熵合金具有軟磁性及高電阻率，因而在高頻通訊器件中有很大的應(yīng)用潛力?？捎靡灾谱鞲哳l變壓器、馬達的磁芯、磁屏蔽、磁頭、磁碟、磁光碟、高頻軟磁薄膜以及喇叭等。</p><p>　　(6)化學(xué)工程、船舶的耐蝕高強度材料</p><p>　　高熵合金的耐蝕性優(yōu)異，室溫條件下，高熵合金Cu0.5NiAlCoCrFe

73、Si在lmol/L的NaCl和0.5mol/L的H2S04溶液中的耐蝕性比304不銹鋼(相當(dāng)于我國鋼號中的OCr18Ni9)還要好；CuAlNiCrTiSi合金在5％的HCl溶液中比304不銹鋼更加耐蝕，在10％的NaOH溶液中也遠比A309鋁合金耐蝕。因此，高熵合金可廣泛用于耐高壓、耐腐蝕化工容器及船舶上的高強度耐蝕件。</p><p><b>　　(7)其它方面</b></p>

74、;<p>　　高熵合金集眾多優(yōu)異性能于一身，可以應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域非常廣闊。除了上面提到的領(lǐng)域外，高熵合金還可用作焊接材料、熱交換器及高溫爐的材料等。下面列舉幾類高熵合金的應(yīng)用實例，如圖2-6</p><p>　　圖2-6 高熵合金應(yīng)用實例</p><p>　　高熵合金的非晶形成能力較強，某些高熵合金能在鑄態(tài)組織中形成非晶相。而傳統(tǒng)合金要獲得非晶組織，需要極大的冷卻速度將液態(tài)原子

75、無規(guī)則分布的組織保留到室溫。非晶態(tài)金屬的研究是近年來才興起的，由于結(jié)構(gòu)中無位錯，具有很高的強度、硬度、塑性、韌性、耐蝕性及特殊的磁學(xué)性能等，應(yīng)用也極為廣泛。制備非晶態(tài)高熵合金無疑將進一步擴大高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　第3章 試驗方法和步驟</p><p>　　3.1合金的成分設(shè)計</p><p>　　本實驗選取Al-Cr-Co-Fe-Ni-Mo-Ti

76、-Si系列合金，AI-Cr-Co-Fe-Ni-Mo-Ti-Si按照1:1:1:1:1:1:0.75:0.25的摩爾比配比。每個高熵合金試樣的質(zhì)量要求重在30～50克之間。</p><p>　　表3.1 高熵合金組元元素的基本性質(zhì)</p><p>　　3.2合金試樣的制備</p><p>　　實驗步驟流程如圖3-2所示</p><p>　　圖3

77、-2 實驗步驟流程</p><p>　　3.2.1 合金試樣的制備</p><p>　　本研究中所使用的材料都是高純原料（純度９９．９％），按照上表的成分設(shè)計進行原料配比，使用電子稱稱量材料重量采用ＷＫ型非自耗真空熔煉爐熔煉合金，熔煉爐外型如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 ＷＫ型非自耗真空熔煉爐</p><p>　　圖3-4 熔

78、煉前放入的試樣 圖3-5熔煉后正在冷卻的試樣</p><p>　　熔煉時先將配好的原料放在水冷銅模熔煉池中（如圖所示周圍的4個為熔煉用，中心的為熔煉和吸鑄用）的樣品槽內(nèi)，關(guān)好爐門，擰緊樣品室四個封閉旋鈕，對樣品室抽真空。當(dāng)真空度達至IJ5×103Ｐａ后，向樣品室充高純氬氣至常壓，確保合金不被氧化及合金熔煉時減少揮發(fā)。如此反復(fù)抽氧充氬三次，并熔化純鈦盡量排出樣品室內(nèi)的氧氣

79、，即可進行熔煉。熔煉電流一般在400安培左右，時間約30秒種，待合金充分混合后將合金塊翻轉(zhuǎn)，如此反復(fù)6次,待其自動冷卻即可。</p><p>　　3.2.2合金試樣的切割</p><p>　　合金試樣經(jīng)過真空熔煉之后表面不利于微觀組織的觀察所以要對試樣進行切割，由于高熵合金的特殊力學(xué)性能所以要用到線切割機床設(shè)備。</p><p>　　線切割機床（Wire cut E

80、lectrical Discharge Machining簡稱WEDM），屬于電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國是第一個用于工業(yè)生產(chǎn)的國家。其基本物理原理是自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個被電離的導(dǎo)電通道。在這個階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰

81、撞，形成一個等離子區(qū)，并很快升高到8000到12000度的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時，由于電極和電介液的汽化，形成一個氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動力把熔化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)

82、品。電火花線切割機按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機（Reciprocating</p><p>　　圖3-6.DK7732TC高精伺服中走絲線切割</p><p>　　3.2.3合金試樣的打磨及拋光</p><p>　　合金試樣在經(jīng)過線切割之后的表面比較粗糙，為了是金相組織照片更加清晰必須要經(jīng)過打磨及拋光。將金相試樣經(jīng)過100＃砂布粗磨之后，再用不同粒度的

83、水砂紙按400＃、600＃、1000＃、2000＃、3000＃的順序仔細研磨之后，用金剛石研磨膏進行機械拋光。</p><p>　　拋光機由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等基本元件組成。電動機固定在底座上，固定拋光盤用的錐套通過螺釘與電動機軸相連。拋光織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動機通過底座上的開關(guān)接通電源起動后，便可用手對試樣施加壓力在轉(zhuǎn)動的拋光盤上進行拋光。拋光過程中加入的拋光液可通過固定在底座上的塑料盤

84、中的排水管流入置于拋光機旁的方盤內(nèi)。拋光罩及蓋可防止灰土及其他雜物在機器不使 用時落在拋光織物上而影響使用效果。</p><p>　　圖3-7 金相拋光機</p><p>　　3.2.4合金試樣的鑲嵌</p><p><b>　?、賰x器介紹</b></p><p>　　ZXQ-1自動金相巖相試樣鑲嵌機，是樣件鑲嵌、磨拋前

85、一道工序，對于微小并不易手拿或不規(guī)則的金相巖相試樣進行鑲嵌。經(jīng)鑲嵌后便于對試樣進行磨拋操作也有利于在金相顯微鏡下正常地觀察材料的組織。本機能自動加溫、加壓，到了壓制成形后自動停機卸壓，再按一下按鈕自動壓制樣件就自動上來，即可取件。注：只限于熱固性材料（如電脲醛塑料粉、膠木粉之類），溫度已調(diào)整和自動。</p><p>　　②金相試樣鑲嵌機操作步驟</p><p>　?。?)先將定時器指向ON

86、位置，打開電源開關(guān)，將鑲嵌溫度設(shè)定在140℃；</p><p>　?。?）順時針轉(zhuǎn)到手輪，將下模升起，將試樣放在下模上，再逆時針轉(zhuǎn)動手輪，將下模下降到極限位置；</p><p>　?。?）在鋼模套腔內(nèi)加入熱固性塑料，放上上模；</p><p>　　(4)合上蓋板，然后轉(zhuǎn)動手輪，試下模上升到壓力指示燈亮，如在加熱過程中指示燈滅，請在繼續(xù)加熱到燈亮；</p>

87、<p>　　(5)加熱、恒溫8到10分鐘，使試樣成型，然后逆時針轉(zhuǎn)動手輪使下模下降；</p><p>　　(6)松開旋鈕和蓋板，在順時針轉(zhuǎn)動手輪，頂出試樣。</p><p>　　圖3-8XQ-2B金相鑲嵌機</p><p>　　3.3合金的組織結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　3.3.1金相照片的拍攝</p><

88、p>　　利用線切割技術(shù)將鑄錠從正中間縱向剖開。將試樣拋光至在光學(xué)顯微鏡下完全看不到表面上的劃痕為止，再用王水作為腐蝕液腐蝕。制成金相試樣后用XJP-6A倒置金相顯微鏡及金相圖像分析系統(tǒng)進行微觀組織觀察和分析。金相顯微鏡如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 XJP-6A倒置金相顯微鏡</p><p>　　技術(shù)規(guī)格 ：光學(xué)系統(tǒng) ：倒置，明場，偏光，暗場（選配） 放大倍數(shù) ：

89、100×-1250× 觀察筒 ：鉸鏈式30°傾斜，瞳距調(diào)節(jié)范圍：55-75mm 目鏡 ：平場大視野10×，12.5×，視度可調(diào) 物鏡轉(zhuǎn)盤 ：4孔轉(zhuǎn)盤，平場消色差10×，20×，40×，100×（油載物臺 ：機械式載物臺，移動范圍：X軸：85mm，Y軸：60mm 調(diào)焦 ：低位同軸粗微調(diào)旋鈕，調(diào)焦行程：向上5mm，向下：2mm 照明系統(tǒng) ：

90、6V30W鹵鎢燈，調(diào)中視場光闌和孔徑光闌，燈絲對中調(diào)節(jié) 濾色片組：轉(zhuǎn)盤式濾色片轉(zhuǎn)換器，蘭色、綠色、黃色、中性循環(huán) </p><p>　　第4章 AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究</p><p>　　4.1高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究</p><p>　　微觀組織結(jié)構(gòu)很大程度上決定了其宏觀物理力學(xué)性能,研究材料微觀組織的的規(guī)律對于研究和預(yù)測

91、材料的宏觀力學(xué)性能具有重要意義</p><p><b>　　4.1.1金相照片</b></p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　1# 金相組織 2# 金相組織</p><p><b>　　3# 金相組織</b><

92、/p><p><b>　　圖4-1金相組織</b></p><p>　　4.1.2 AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)研究</p><p><b>　　圖4-2金相分析</b></p><p>　　4.1.3 X-ray衍射實驗</p><p>　　X-ray

93、衍射試驗采用的是TF-5500 型X射線衍射儀，采用的是CIXｑ輻射（波為0.15418nm），石墨單色器濾波，管電壓為40Kv，管電流為200mA，掃描速度為（2theta）：5deg/min，起始掃描角度10度，停止掃描角度為79度，步長為0.02deg,衍射儀如圖3-7</p><p>　　圖4-3 TF-5500 型X射線衍射儀</p><p>　　圖4-4 高熵合金XRD圖像為

94、</p><p>　　4.1.4 掃描電鏡分析</p><p>　　試樣制備與金相試樣相同，采用KYKY-3800B型全計算機控制掃描電子顯微鏡觀察合金形貌分析,，掃面電鏡如圖3-8</p><p>　　圖4.5 KYKY-3800B型掃描電鏡</p><p>　　圖4-6電鏡掃描分析</p><p>　　圖4-7 高

95、熵合金的鑄態(tài)金相組織</p><p>　　上圖為高熵合金在王水中浸蝕后的鑄態(tài)組織金像照片以及放大后的照片，從照片中可以看出合金的晶體生長從宏觀上講呈現(xiàn)出有序排列狀，不同的Ti、Si比例所得組織形貌不同。</p><p>　　4.2微觀組織的規(guī)律分析</p><p>　　4.2.1金相組織規(guī)律分析</p><p>　　由金相照片可以看出：通過1

96、#、2#、3#金相照片的比對，我們很明顯的可以發(fā)現(xiàn)他們晶粒的大小依次減小，也就是沒有經(jīng)過熱處理的高熵合金的晶粒要比經(jīng)過熱處理的高熵合金的晶粒大，而在兩組經(jīng)過熱處理的高熵合金里，在熱處理溫度相同的時候，熱處理時間越長晶粒就會越細（在6-10h范圍內(nèi)）。</p><p>　　由Hall-Petch關(guān)系我們知道，材料在室溫變形的時候，由于晶界強度高于晶內(nèi)，所以晶粒越細，單位體積所包含的晶界也就越多，其強化效果也就越好。

97、多晶體的每個晶粒都處在其他晶粒的包圍之中，變形不知孤立的，要求臨近晶?；ハ嗯浜?，協(xié)調(diào)已經(jīng)發(fā)生塑變的晶粒的形狀的改變。塑變一開始就必須是多系滑移。晶粒越細小，變形協(xié)調(diào)性也就越好，塑性也就越好。此外，晶粒越細小，位錯塞積所引起的應(yīng)力集中越不嚴重，可以減緩裂紋的產(chǎn)生，曲折的晶界不利于裂紋的擴展，有利于提高強度與塑性。</p><p>　　隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性也得到了改善，從而有利于我們得

98、到更高質(zhì)量的高熵合金材料。</p><p>　　4.2.2衍射實驗規(guī)律分析</p><p>　　由衍射實驗可知：合金的XRD圖只存在一個強峰，是BCC結(jié)構(gòu)，無FCC。</p><p>　　4.2.3電鏡掃描規(guī)律分析</p><p>　　由電鏡掃描實驗可知： 從掃描照片中不能直觀的看出合固溶體金組織中是否存在其他復(fù)雜的化合物或金屬間化合物，但可

99、以清楚地顯示斷口形貌。斷口似大團云絮，塑性變形十分明顯，未斷開的部分認可承受載荷直至全面斷裂。</p><p><b>　　第5章 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　5.1總結(jié)</b></p><p><b>　　比較實驗結(jié)果可知：</b></p><p>　　相

100、同條件下經(jīng)過熱處理的高熵合金的晶粒要比沒有經(jīng)過熱處理的晶粒要細??；</p><p>　　在相同熱處理溫度下在一定退出時間內(nèi)（6小時到10小時）退火時間長的要比退火時間短的晶粒更佳細小。</p><p>　　總的來說說高熵合金在經(jīng)過熱處理之后晶粒得到了細化。由細晶強化原理我們可以得出：隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性也得到了改善，從而為得到了更高質(zhì)量的高熵合金指明了方向。

101、</p><p><b>　　5.2 展望</b></p><p>　　材料的成分、結(jié)構(gòu)、加工和性能之間的關(guān)系非常緊密，互相影響。材料的性能與他們的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，材料的力學(xué)性能往往對結(jié)構(gòu)非常敏感，結(jié)構(gòu)的微小變化，都能使性能發(fā)生明顯變化，本次畢業(yè)設(shè)計的的最終目的就是根據(jù)找到熱處理工藝對高熵合金的微觀組織的影響規(guī)律，從而找到得到性能優(yōu)異的高熵合金的途徑。&l

102、t;/p><p>　　由于本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)備局限性，在很多方面沒有精確系統(tǒng)的進行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的單一，從而缺乏嚴謹性。但總體來說，實驗的效果還是不錯的，基本達到了預(yù)期設(shè)想的效果，得到了綜合性能比較突出的高熵合金。通過熱處理工藝，我們把已經(jīng)熔煉好的高熵合金的力學(xué)性能又提高了一個檔次，是的高熵合金的力學(xué)性能突破了原有高熵合金的性能范圍。我們堅信在不斷的實驗探索中，我們一定會找到最適合高熵合金的熱處理工藝，并且通過該工藝是的高熵

103、合金的綜合性能實現(xiàn)重大突破。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]Yeh J W, Chen S K, Lin S J et al. Adv. Eng. Mater., 2004, 6: 299</p><p>　　[2] Zhou Y J，Zhang Y，Wang Y L，et a1．Mierostruet

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