【摘 要】
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高熵合金是一种在新的合金设计理念探索过程中发展出的多主元合金,在多个主元元素的协同作用下,普遍呈现出简单的固溶体相结构以及传统合金所无法比拟的优异性能,具有广阔的应用前景。其中,轻质高熵合金是基于传统高熵合金体系的轻量化设计而开发出的一种新的高熵合金体系,旨在制备出兼具低密度和优异性能的新型轻质合金,已成为高熵领域的研究热点。本文首先基于已报道的轻质高熵合金,探讨了轻质高熵合金的相形成规律。然后,
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高熵合金是一种在新的合金设计理念探索过程中发展出的多主元合金,在多个主元元素的协同作用下,普遍呈现出简单的固溶体相结构以及传统合金所无法比拟的优异性能,具有广阔的应用前景。其中,轻质高熵合金是基于传统高熵合金体系的轻量化设计而开发出的一种新的高熵合金体系,旨在制备出兼具低密度和优异性能的新型轻质合金,已成为高熵领域的研究热点。本文首先基于已报道的轻质高熵合金,探讨了轻质高熵合金的相形成规律。然后,采用机械合金化+冷压烧结的方法制备了(AlLiMg0.5Ti1.5)100-XScx（x=0,5,10,15,20）系轻质高熵合金,研究了Sc含量和烧结温度对(AlLiMg0.5Ti1.5)100-XScx（x=0,5,10,15,20）系轻质高熵合金显微组织与力学性能的影响;另外,通过元素替换的方式,研究了Zn、Zr和V这3种合金元素以及烧结温度对AlLiMgScTiM（M=Zn,Zr,V）系轻质高熵合金显微组织与力学性能的影响。研究结果表明:（1）就I型铸态轻质高熵合金而言,当熵焓比Ω和原子尺寸差δ满足Ω≥1.1,≤6.0%（或混合焓和原子尺寸差满足-17 k J/mol≤≤-10 k J/mol,≤6.0%）时,合金倾向于形成简单的固溶体相结构;就II型铸态轻质高熵合金而言,当原子尺寸差δ满足3.0%<δ<6.6%时,合金倾向于形成固溶体+金属间化合物型显微结构;当6.6%＜δ＜14.0%时,合金倾向于形成金属间化合物型显微结构;而当δ>14%时,合金倾向于形成非晶相。（2）球磨态AlLiMgScTiScx系轻质高熵合金均形成了简单的固溶体相结构。其中,(AlLiMg0.5Ti1.5)100-XScx（x=5,10,15,20）合金均形成了单相的HCP型固溶体相,Al25Li25Mg12.5Ti37.5形成了主要的HCP固溶体相+微量的Al Li相;Al20Li20Mg10Ti40Zn10形成了主要的HCP固溶体相+一种未知相,Al20Li20Mg10Zr20Ti30形成了双相的HCP（HCP1+HCP2）固溶体相,Al20Li20Mg10V20Ti30则形成了单相的BCC固溶体结构。（3）与球磨态AlLiMgScTiScx系轻质高熵合金相比,通过冷压烧结所得到的块体合金普遍具有比较复杂的显微组织结构。其中,550℃烧结的Al20Li20Mg10Sc20Ti30合金具有最简单的显微组织结构,由主要的HCP固溶体相和少量的γ-Al12Mg17析出相组成。另外,除了Al20Li20Mg10Zr20Ti30合金在650℃和750℃烧结后均由双相的HCP（HCP1+HCP2）固溶体相和少量的未知相组成以外,烧结温度对AlLiMgScTiScx系其他轻质高熵合金的显微组织结构的影响普遍比较显著。（4）随着烧结温度的提高,AlLiMgScTiScx系合金的硬度均呈现出明显的增加趋势。在(AlLiMg0.5Ti1.5)100-XScx（x=0,5,10,15,20）系轻质高熵合金中,随着Sc含量的增加,合金的硬度单调增加。其中,650℃烧结的Al20Li20Mg10Sc20Ti30合金具有高达589 HV的硬度。另外,在AlLiMgScTiM（M=Zn,Zr,V）系轻质高熵合金中,750℃烧结的Al20Li20Mg10V20Ti30合金具有AlLiMgScTiScx轻质高熵合金系中最高的硬度值,达到了595 HV。（5）整体而言,在所研究的AlLiMgScTiScx系轻质高熵合金中,550℃烧结的Al20Li20Mg10Sc20Ti30合金、650℃烧结的Al20Li20Mg10V20Ti30合金以及750℃烧结的Al20Li20Mg10Zr20Ti30合金不但分别形成了以HCP、HCP+BCC以及HCP1+HCP2固溶体相为主的简单显微结构,而且具有明显优于常用Ti64轻质合金的力学性能,其显微硬度值分别为379 HV、446 HV和425 HV。
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