【摘 要】
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针对传统实验测定或热力学计算二元或多元合金共晶点成分时存在的效率低下、误差大和缺少热力学数据便不能进行计算的问题,以及如何准确制备和设计共晶高熵合金的瓶颈问题,本研究提出采用电磁定向结晶法制备和设计多元共晶合金。首先,分别通过一次实验制备了Al-Si-（Ti,Fe,Mn）二元、三元和四元共晶合金并精确测定了其成分;然后将电磁定向结晶法拓展应用于制备和设计AlCoCrFeNi五元体系中的新型共晶高熵
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针对传统实验测定或热力学计算二元或多元合金共晶点成分时存在的效率低下、误差大和缺少热力学数据便不能进行计算的问题,以及如何准确制备和设计共晶高熵合金的瓶颈问题,本研究提出采用电磁定向结晶法制备和设计多元共晶合金。首先,分别通过一次实验制备了Al-Si-（Ti,Fe,Mn）二元、三元和四元共晶合金并精确测定了其成分;然后将电磁定向结晶法拓展应用于制备和设计AlCoCrFeNi五元体系中的新型共晶高熵合金,并测定了其机械性能。本研究提出的电磁定向结晶制备共晶高熵合金的方法可以在不依赖热力学数据的情况下准确设计共晶高熵（多元）合金成分,为如何设计新型共晶高熵（多元）合金的难题提供了新解决方法。本文主要研究内容及结论如下:研究了电磁定向结晶法制备Al-Si、Al-Si-Ti和Al-Si-Fe（高Al-Si侧）共晶合金的可行性与准确性。结果表明,电磁定向结晶法能够制备二元和三元的共晶合金。二元Al-Si共晶合金的成分为被确定为Al-12.5at.%Si,三元Al-Si-Ti和Al-Si-Fe（高Al-Si侧）共晶合金的成分被分别确定为Al-12.5at.%Si-0.032at.%Ti和Al-12.1at.%Si-0.37at.%Fe。将电磁定向结晶法拓展应用于四元合金体系,证实了电磁定向结晶法制备四元Al-Si-Fe-Mn共晶合金的可行性。通过改变原料中Mn/Fe的质量比值,成功得到了5个四元Al-Si-Fe-Mn共晶合金并确定其成分。将电磁定向结晶法从二元、三元和四元系成功地拓展应用于AlCoCrFeNi五元体系。采用电磁定向结晶法分离了不同初始成分的AlCoCrFeNi系合金,经过SEM微观物相分析、EDS定量分析、相图析晶规律分析和热分析,最终获得了5个新共晶高熵合金并确定了其成分。5个新共晶高熵合金的成分分别为Al15.3Co31.8Cr17.9Fe15.4Ni19.6（E-Co2）、Al16.0Co39.8Cr14.8Fe13.0Ni16.3（E-Co3）、Al16.8Co12.6Cr13.8Fe11.8Ni45.1（E-Ni3）、Al17.6Co17.0Cr27.9Fe15.0Ni22.5（E-Cr2）以及Al17.5Co15.1Cr30.6Fe12.8 Ni23.9（E-Cr3）。以上述5个新共晶高熵合金为原料,分别采用电磁熔炼铸造和电磁定向结晶法制备合金,研究了上述两种铸造方法对合金机械性能的影响规律。结果表明:（1）与已被报导的共晶高熵合金进行比较,本研究中铸造样品的断裂延伸率普遍较高,其中Al16.4Co16.4Cr16.4Fe16.4Ni34.4(E-Ni2.1)新共晶高熵合金的延伸率最大,达到30.9%;（2）电磁定向结晶法能提高部分共晶高熵合金的抗拉性能,但是对共晶高熵合金硬度无明显影响;（3）本研究制备的共晶高熵合金的硬度值高于AlCoCrFeNi体系中多数已报道的其他高熵合金,其中Al17.6Co17.0Cr27.9Fe15.0Ni22.5*（E-Cr2*）电磁定向结晶样品的硬度值最大,达到660.6 Hv。
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