添加元素对多主元高熵合金组织结构和性能的影响

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近几年,高熵合金是材料界研究的热点之一,引起广大学者的广泛关注。高熵合金不同于传统的合金设计,主元数目n≥5,且每种主要元素的原子百分比在5%~35%之间的新型合金。在多主元的集体领导下,合金的组织结构简单,且具有高强度、高硬度、耐高温蠕变、耐高温氧化和耐腐蚀等优异性能。  本文采用真空电弧熔炼技术制备AlFeCuCrNiVx(x=0,0.2,0.6,1.0,1.5,2.0)合金体系,AlFeCuCrNiCox(x=0,0.5,1.0)合金体系,AlFeCuCoNiCrTix(x=0,05,1.0)以及五元~九元合金体系AlFeCuCoCr,AlFeCuCoCrNi,AlFeCuCoCrNiTi,AlFeCuCoCrNiTiV,AlFeCuCoCrNiTiVMn,通过光学显微镜、扫描电镜、电子探针、XRD分析仪及透射电镜对合金的显微组织及结构做初步探讨,并对合金的显微硬度,热稳定性及腐蚀性能进行了研究,得出以下结论:  (1)本文所制备的合金体系均为树枝晶组织,且各合金系具有简单的相结构。共晶型元素Ti能够促进合金中共晶反应的进行,Co、Ni元素增加合金凝固过程中固液界面处的过冷度,促进二次枝晶及三次枝晶的生长,且降低合金中各相的晶格常数,少量V、Mn元素能细化合金组织。  (2)合金均存在明显的成分偏析现象,尤其是Cu元素的偏析最为显著。Ti元素加剧合金系AlFeCuCoNiCrTix中Cu的偏析,合金系AlFeCuCrNiCox中,Co元素加剧Cu的偏析促进其他元素的均匀化,V促进合金系AlFeCuCrNiVx中Al、Fe元素的均匀化。  (3)合金系AlFeCuCrNiCox显微硬度在400HV~900HV之间,Co元素显著提高合金显微硬度,合金系AlFeCuCrNiVx的显微硬度均在450~600HV之间,V元素对合金硬度影响较小,五元~九元合金体系硬度在450HV~1200HV之间,AlFeCuCoCrNiTi合金的硬度最高,合金的硬度取决于合金元素种类及合金主元的数目。  (4)合金均具有较好的热稳定性,除个别合金在600℃左右偏析相的熔化外,在1000℃以下均未发生明显的相变,元素的添加对合金热稳定性影响甚小。  (5)合金在3.5%的NaCl溶液中均发生钝化现象,且均为晶间腐蚀与孔蚀。Co元素增加合金系AlFeCuCrNiCox的耐腐蚀性;合金系AlFeCuCrNiVx中当V元素的含量x≤0.2时,腐蚀性增加,当x≥0.2时,腐腐蚀性降低;五元~九元合金系中Ni、Ti元素的添加增加合金的腐蚀性,V、Mn元素的添加降低合金的腐蚀性。
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