cocrcuxfeniti0.3高熵合金的热处理工艺研究(附件)【字数：15943】
摘 要摘 要高熵合金是一种不同于传统合金的新型合金，它具有传统合金所不具备的特点与性能。所以，高熵合金的发展与应用将有很好的前景。在实际的运用中，高熵合金不仅能体现其优异的力学性能，在电学，光学，磁学等性能也能被很好的利用。本文通过不同方式的热处理，对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金进行工艺研究。研究分为三部分，分别用不同热处理温度（700℃、800℃、900℃、1000℃）、不同热处理时间（6h、12h、24h、48h）、不同冷却方式（水冷、油冷、炉冷、空冷）对高熵合金进行处理，然后经过金相分析，硬度分析以及XRD分析，研究其对高熵合金的组织与性能的影响。在不同热处理温度下，800℃时CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金具有最高的硬度。在不同热处理时间下，CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金在48h的固溶处理后会出现Cu、Ti的偏聚或二次再结晶，导致合金硬度降低。在不同冷却方式下，σ相析出的少可以增加硬度，而析出的多反而会使脆性增加，降低硬度。关键词高熵合金， 热处理方式 ，硬度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 高熵合金的五大效应 1
1.2.1 高熵效应 1
1.2.2 晶格畸变效应 2
1.2.3 缓慢扩散效应 2
1.2.4“鸡尾酒”效应 2
1.2.5 热稳定性 3
1.3 高熵合金中各元素的作用 3
1.3 高熵合金的性能特征 5
1.3.1 力学性能 5
1.3.2 物理化学性能 6
1.4 高熵合金的研究现状 7
1.5 论文研究的内容与意义 11
1.5.1 论文的主要研究内容 11
1.5.2 论文的创新意义 11
第二章 实验材料及方法 12
2.1实验材料的选择与成分 12
2.2实验材料的制备 12
2.2.1真空电弧炉和高熵合金熔炼过程 12
2.2.2试样的热处理 13
2.2.3试样的镶嵌 13
2.2.4试样的预磨处理 14
2.2.5试样的抛光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
14
2.2.6试样的腐蚀 14
2.3金相组织分析 15
2.4试样的硬度测试 15
2.5 试样的XRD分析 16
第三章 试验结果与分析 17
3.1铸态合金的组织与性能分析 17
3.1.1金相组织分析 17
3.1.2硬度分析 18
3.1.3 XRD分析 18
3.2不同热处理温度对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 19
3.2.1金相组织分析 19
3.2.2硬度分析 24
3.2.3XRD分析 26
3.3不同热处理时间对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 28
3.3.1金相组织分析 28
3.3.2硬度分析 32
3.3.3 XRD分析 34
3.4不同冷却方式对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 35
3.4.1金相组织分析 35
3.4.2硬度分析 39
3.4.3 XRD分析 41
结论 43
致谢 44
第一章 绪论
1.1 引言
所谓合金，是指由两种或两种以上的金属或非金属经熔炼、烧结或其他方法使其以化学键合形式结合而成，并具有金属特性的物质[1]。自从铜器时代出现第一种合金材料——青铜以来，人类对合金的研究与利用已经经历了数千年历史，至二十世纪末，人类开发出来并应用于实际生产的合金体系就已经超过30种。这些合金都是以一种金属元素为基体，以提高基体的强度、韧度或其他性能为目的再向其中添加其他合金元素，其中作为基体的金属元素含量往往超过百分之五十，比如青铜、黄铜、各类钢等，这里将它们统称为传统合金。进入21世纪以后，随着各类合金如雨后春笋般的发展，在传统的合金设计理念之下，新合金体系的发现也变得越来越困难，传统合金的研发逐渐趋于瓶颈，大量的材料领域学者开始致力于探索全新的合金设计方法。1995年中国台湾国立清华大学教授著名的材料研究学者叶均蔚提出了高熵合金的构想，这一构想跳出了一种为主其余为辅的传统合金设计理念，建立了通过改变材料的熵来获得新材料的新方法，推翻了合金元素过多导致合金脆化的历史结论，开创了全新的材料研究及应用领域[2]。
1.2 高熵合金的五大效应
1.2.1 高熵效应
高熵效应是高熵合金所独有的也是其标志性的特性。根据吉布斯相律：
F=CP=1 (11)
合金中含有的元素种类越多，能够形成的相的种类就越多。但是在对多组元高熵合金进行研究时发现，五个及以上元素种类的合金，并不会形成多种结构复杂的化合物相，而是形成了单一的无序固溶体或非晶结构。研究认为，这是由于多组元造成极高的混合熵对合金相的形成规律产生了影响，使其相的形成规律不能再用吉布斯相律描述。一般认为，高熵合金中，随着合金元素种类增加，能够形成的相的种类也会相应增加，但增加极为缓慢，远远小于根据传统理论得出的相数的最大值，比如，当合金主元数增加至九时，得到的相的种类仅为两种。这说明高熵合金中高的混合熵能够使组元间的相容性升高，从而大幅度降低因相分离而生成端际固溶体或金属间化合物的数目，这就是高熵合金所具有的高熵效应[3]。
1.2.2 晶格畸变效应
高熵合金中的每一个单相固溶体都是由多种元素原子通过无规律占据晶格点阵位置形成的。我们知道，当形成固溶体的不同原子之间半径相差较大时，为了保持原子间力的平衡，需要改变基体晶格中原子的相对位置，也就是发生了晶格畸变，如果原子尺寸差距进一步增大，将导致原来的晶体构型被打破，晶格发生坍塌而形成非晶相结构。高熵合金中的固溶体恰恰就是有多种原子半径有一定差距的元素构成的，所以必然存在明显的晶格畸变效应[4]。
1.2.3 缓慢扩散效应
之前说到，高熵合金中不同原子之间的半径差距使其具有明显的晶格畸变效应，实际上。这种半径差距还会严重阻碍原子的扩散，称为迟滞扩散效应，相变的发生需要各种元素之间的协同扩散来完成，因此这种效应也是阻碍高熵合金中新相形成的原因之一。由于高熵合金中原子尺寸差距较大，晶格点阵中存在较多的空缺位置，所以它内部发生的扩散主要以空位机制为主。不同原子之间化学键结结合强度存在差异，其中受周围原子束缚较弱的原子更容易迁移到到这些空缺位置，如果空位的填补使体系的能量降低，则能量降低使之后的原子扩散变得困难，如果，能量升高则迁移的原子难以填入空位，这将使得高熵合金固溶体的扩散速率降低[5]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 高熵合金的五大效应 1
1.2.1 高熵效应 1
1.2.2 晶格畸变效应 2
1.2.3 缓慢扩散效应 2
1.2.4“鸡尾酒”效应 2
1.2.5 热稳定性 3
1.3 高熵合金中各元素的作用 3
1.3 高熵合金的性能特征 5
1.3.1 力学性能 5
1.3.2 物理化学性能 6
1.4 高熵合金的研究现状 7
1.5 论文研究的内容与意义 11
1.5.1 论文的主要研究内容 11
1.5.2 论文的创新意义 11
第二章 实验材料及方法 12
2.1实验材料的选择与成分 12
2.2实验材料的制备 12
2.2.1真空电弧炉和高熵合金熔炼过程 12
2.2.2试样的热处理 13
2.2.3试样的镶嵌 13
2.2.4试样的预磨处理 14
2.2.5试样的抛光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
14
2.2.6试样的腐蚀 14
2.3金相组织分析 15
2.4试样的硬度测试 15
2.5 试样的XRD分析 16
第三章 试验结果与分析 17
3.1铸态合金的组织与性能分析 17
3.1.1金相组织分析 17
3.1.2硬度分析 18
3.1.3 XRD分析 18
3.2不同热处理温度对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 19
3.2.1金相组织分析 19
3.2.2硬度分析 24
3.2.3XRD分析 26
3.3不同热处理时间对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 28
3.3.1金相组织分析 28
3.3.2硬度分析 32
3.3.3 XRD分析 34
3.4不同冷却方式对CoCrCuxFeNiTi0.3高熵合金的组织和性能的影响 35
3.4.1金相组织分析 35
3.4.2硬度分析 39
3.4.3 XRD分析 41
结论 43
致谢 44
第一章 绪论
1.1 引言
所谓合金，是指由两种或两种以上的金属或非金属经熔炼、烧结或其他方法使其以化学键合形式结合而成，并具有金属特性的物质[1]。自从铜器时代出现第一种合金材料——青铜以来，人类对合金的研究与利用已经经历了数千年历史，至二十世纪末，人类开发出来并应用于实际生产的合金体系就已经超过30种。这些合金都是以一种金属元素为基体，以提高基体的强度、韧度或其他性能为目的再向其中添加其他合金元素，其中作为基体的金属元素含量往往超过百分之五十，比如青铜、黄铜、各类钢等，这里将它们统称为传统合金。进入21世纪以后，随着各类合金如雨后春笋般的发展，在传统的合金设计理念之下，新合金体系的发现也变得越来越困难，传统合金的研发逐渐趋于瓶颈，大量的材料领域学者开始致力于探索全新的合金设计方法。1995年中国台湾国立清华大学教授著名的材料研究学者叶均蔚提出了高熵合金的构想，这一构想跳出了一种为主其余为辅的传统合金设计理念，建立了通过改变材料的熵来获得新材料的新方法，推翻了合金元素过多导致合金脆化的历史结论，开创了全新的材料研究及应用领域[2]。
1.2 高熵合金的五大效应
1.2.1 高熵效应
高熵效应是高熵合金所独有的也是其标志性的特性。根据吉布斯相律：
F=CP=1 (11)
合金中含有的元素种类越多，能够形成的相的种类就越多。但是在对多组元高熵合金进行研究时发现，五个及以上元素种类的合金，并不会形成多种结构复杂的化合物相，而是形成了单一的无序固溶体或非晶结构。研究认为，这是由于多组元造成极高的混合熵对合金相的形成规律产生了影响，使其相的形成规律不能再用吉布斯相律描述。一般认为，高熵合金中，随着合金元素种类增加，能够形成的相的种类也会相应增加，但增加极为缓慢，远远小于根据传统理论得出的相数的最大值，比如，当合金主元数增加至九时，得到的相的种类仅为两种。这说明高熵合金中高的混合熵能够使组元间的相容性升高，从而大幅度降低因相分离而生成端际固溶体或金属间化合物的数目，这就是高熵合金所具有的高熵效应[3]。
1.2.2 晶格畸变效应
高熵合金中的每一个单相固溶体都是由多种元素原子通过无规律占据晶格点阵位置形成的。我们知道，当形成固溶体的不同原子之间半径相差较大时，为了保持原子间力的平衡，需要改变基体晶格中原子的相对位置，也就是发生了晶格畸变，如果原子尺寸差距进一步增大，将导致原来的晶体构型被打破，晶格发生坍塌而形成非晶相结构。高熵合金中的固溶体恰恰就是有多种原子半径有一定差距的元素构成的，所以必然存在明显的晶格畸变效应[4]。
1.2.3 缓慢扩散效应
之前说到，高熵合金中不同原子之间的半径差距使其具有明显的晶格畸变效应，实际上。这种半径差距还会严重阻碍原子的扩散，称为迟滞扩散效应，相变的发生需要各种元素之间的协同扩散来完成，因此这种效应也是阻碍高熵合金中新相形成的原因之一。由于高熵合金中原子尺寸差距较大，晶格点阵中存在较多的空缺位置，所以它内部发生的扩散主要以空位机制为主。不同原子之间化学键结结合强度存在差异，其中受周围原子束缚较弱的原子更容易迁移到到这些空缺位置，如果空位的填补使体系的能量降低，则能量降低使之后的原子扩散变得困难，如果，能量升高则迁移的原子难以填入空位，这将使得高熵合金固溶体的扩散速率降低[5]。
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