高熵固溶體合金的相組成和力學性能研究.pdf

1、高熵合金是由多種合金主元（n≥5）以等摩爾或近等摩爾比混合而成，由于高熵效應，合金凝固后易于形成固溶體相而不是金屬間化合物。本征上的特殊晶體結構使得合金的熱力學穩(wěn)定性高，在高溫強度、耐腐蝕、耐磨性和抗氧化性等方面具有較大的發(fā)展?jié)摿?。所以固溶體相是高熵合金在室溫下期望較高的微觀結構。那么，關于高熵合金的相組成和力學性能是需要研究的主要問題，所以本文主要進行以下幾個方面的研究:
　　第一，根據(jù)合金主元的高溫晶體結構以及固溶體結構相似原

2、理，將主元元素分為BCC相形成元素和FCC相形成元素?；跓崃W基本原理，固溶體形成過程是BCC相和FCC相的相穩(wěn)定性的競爭過程，具有較低自由能的相易于形成并且更穩(wěn)定。因此，提出了熱力學參數(shù)η為BCC(α)相的混合自由能與BCC和FCC（α+β）的雙相混合自由能相的比值，即，η=△Gαmix/△Gα+β mix。結果表明，當η≤0.50時，合金易于形成FCC單相固溶體;當η≥0.64時，合金為BCC單相固溶體;當η介于兩個臨界值之間時，

3、一般會形成BCC和FCC的雙相固溶體。并且采用熱力學參數(shù)η來判斷合金的相穩(wěn)定性適用于大部分高熵固溶體合金，對高熵合金的設計和力學性能的控制具有重要指導意義。
　　第二，當合金中同時存在元素Al和Ni時，一般會形成B2結構，為了明確B2有序相的形成機理，采用元素Co替代Ni探究了B2結構的形成原因以及合金微觀組織和性能的變化。結果表明，高熵合金NiCrFeCuAlx(x=0.5，1.0，1.5，2.0)和CoCrFeCuAlx(x=

4、0.5，1.0，1.5，2.0)凝固后均形成由BCC相或/與FCC相組成的簡單固溶體結構，BCC相位于枝干上，F(xiàn)CC相則分布在樹枝晶間。隨Al含量的增加，合金均由BCC和FCC的雙相固溶體結構轉變?yōu)锽CC單相固溶體結構，這也說明Al為BCC相形成元素。值得說明的是，兩種合金中均出現(xiàn)了B2超結構，主要是因為元素Al與Co之間的混合焓比較大與Al-Ni相近，在固溶體形成過程中形成了AlCo或AlNi超結構，形成了B2有序相和B1無序相構成的

5、BCC相調幅結構，顯著提高了合金的強度。
　　第三，基于Cr-Ni二元相，以Cr為BCC相基元，Ni為FCC相基元，設計了Cr0.56Ni0.44型高熵固溶體合金CoCrFeNiAl0.86，并與CoCrFeNiAl合金進行對比研究。結果表明，合金CoCrFeNiAl0.86形成了由BCC相和FCC相組成的等軸晶固溶體結構。但是相成分的分布卻不均勻，一些晶胞內為BCC相和FCC相的共晶組織，一些則為B2有序相和B1無序相構成的BC