畢業(yè)論文-高熵合金的制造工藝、性能及應(yīng)用研究

畢業(yè)設(shè)計 高熵合金的制造工藝、性能及應(yīng)用研究學(xué)生姓名：學(xué)系部：機械工程系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師：二零一五年六月誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人簽名：年月日

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：高熵合金的制造工藝、性能及應(yīng)用研究系部：機械工程系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱）：1．課題意義及目標學(xué)生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計，了解高熵合金的概念、制造方法及工藝、性能特點及應(yīng)用；了解金屬材料熔煉的基本方法及工藝，了解金屬材料組織和力學(xué)性能的檢測方法，為學(xué)生在畢業(yè)后從事材料成型技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。2．主要任務(wù)（1）查閱20篇以上的科技文獻。（2）了解高熵合金熔煉的實驗方案。（3）了解高熵合金的性能特點、應(yīng)用及力學(xué)性能檢測方法。（4）完成畢業(yè)設(shè)計的開題答辯、中期檢查。（5）按照畢業(yè)論文的撰寫要求完成畢業(yè)論文、參加答辯。3．主要參考資料[1]郭衛(wèi)凡.多主元高熵合金的研究進展[J]．金屬功能材料，2009，16（1）：49-53.[2]高家誠，李銳.高熵合金研究的新進展[J].功能材料，2008，39（7）：1059-1061.[3]張力.高熵合金的制備及組織與性能[D].吉林大學(xué),2008:11-56.4．進度安排設(shè)計各階段名稱起止日期1查閱文獻，完成開題報告12月1日~12月31日2閱讀相關(guān)文獻，掌握高熵合金的制造工藝1月1日~3月10日3掌握高熵合金的性能特點，完成中期檢查3月11日~4月30日4高熵合金的力學(xué)性能檢測5月1日~5月15日5撰寫畢業(yè)論文，準備答辯5月16日~6月10日審核人：年月日②AlCoCrCuNi高熵合金中,Fe的添加不會使固溶體相和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，這使得AlCoCrCuNi和AlCoCrFeNi兩種合金的硬度接近。Kim等對多主元高熵合金FeCrMnNiCo進行了研究，研究表明：擁有5個等摩爾組元的FeCrMnNiCo高熵合金熔鑄后會形成單一的FCC相結(jié)構(gòu)；含有6到9種等摩爾過渡金屬元素的高熵合金也具有相似的FCC相結(jié)構(gòu)；含有16到20種等摩爾組元的高熵合金在熔鑄后都具有多相、晶態(tài)和易脆的特點，不能形成非晶結(jié)構(gòu)。這表明高熵原理不再適用，亦表明還有其他的重要因素影響非晶結(jié)構(gòu)的形成[6]。劉源等也對不同Cr含量的AlTiFeNiCuCrx多主元高熵合金的凝固模式和微觀組織進行了研究。結(jié)果表明，合金鑄態(tài)組織由枝晶狀初生相、菊花狀共晶組織以及枝晶間富Cu相共同組成，并隨著Cr含量的增加，初生相由貧Cr的β相向富Cr的α相轉(zhuǎn)變，同時共晶組織的含量出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。當x＝0.5時合金為亞共晶凝固模式，凝固結(jié)構(gòu)為初生相（β）＋共晶組織（α＋β）；當x≈1.0時合金為共晶凝固模式，凝固結(jié)構(gòu)基本全為共晶組織（α＋β）；當x＝1.5、2.0、3.0時合金為過共晶凝固模式，凝固結(jié)構(gòu)為初生相（α）＋共晶組織（α＋β）。XRD分析表明AlTiFeNiCuCrx高熵合金僅由簡單的體心立方結(jié)構(gòu)相和面心立方結(jié)構(gòu)相組成；Cr含量的增加并未導(dǎo)致合金相數(shù)的變化,且形成的相數(shù)遠低于平衡相律所預(yù)測的相數(shù)[7]。還有學(xué)者對AlCrFeCuNix高熵合金的組織及性能進行了研究，合金組織由BCC、FCC和AlFe0.23Nix三個相組成，而且隨著Ni含量的變化，合金的組織結(jié)構(gòu)沒有明顯的不同，只是Ni含量不同的合金相的比例和晶粒的大小略有不同。表1.1列出不同的Ni含量高熵合金的三種相含量的變化情況。表1.1不同Ni含量高熵合金三種相的含量（%）含量（%）BCCFCCAlFe0.23NixAlCrFeCuNi0.651.043.45.6AlCrFeCuNi0.850.730.119.2AlCrFeCuNi1.054.926.718.4AlCrFeCuNi1.248.528.722.8AlCrFeCuNi1.444.651.63.8此外各國研究人員還對高熵合金的腐蝕、磨損、磁性能、熱處理之后的組織、儲氫等一系列性能以及高熵合金氧化膜及氮化膜的力學(xué)性能等進行了廣泛的研究[3]。1.5本文的研究內(nèi)容多主元高熵合金的概念提出之后，受到了國內(nèi)外研究者的廣泛研究與探索，但是目前高熵合金的研究仍處于初級階段，實驗結(jié)果和理論研究都相對較少。本文主要是通過對五組元和八組元高熵合金系列的不同摩爾比以及對其組織與性能進行了研究，主要進行了如下的工作：（1）通過改變AlCoFeCuNi系五組元高熵合金的摩爾比的含量，探討高熵合金的金相組織、組織形貌、硬度的影響。（2）通過改變AlCoFeCuNi系五組元高熵合金燒結(jié)前的粘結(jié)劑種類、比例，探討試樣的金相組織、組織形貌、硬度的變化。（3）通過改變AlCrCoFeNiMoTiSi系八組元高熵合金的摩爾比的含量，探討高熵合金的金相組織、組織形貌、硬度的影響。（4）通過改變AlCrCoFeNiMoTiSi系八組元高熵合金燒結(jié)前的粘結(jié)劑種類、比例，探討試樣的金相組織、組織形貌、硬度的變化。2高熵合金的熔煉2.1真空電弧爐的組成與原理真空電弧爐如圖2.1所示，由爐體、電源、真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)組成。爐體部分由爐殼、電極、結(jié)晶器及電極升降裝置構(gòu)成。工作時，在電極(負極)和水冷銅結(jié)晶器(正極)形成的兩極之間，建立低電壓(20～40V)大電流(若干kA)，產(chǎn)生電弧放電，靠電弧釋放出的熱量來熔化金屬。電爐一般是直流供電，一根電極。按照熔煉過程中電極是否消耗(熔化)，分成非自耗電極電弧爐熔煉和自耗電極電弧爐熔煉兩種。非自耗電弧爐，電極用鎢等高熔點材料制成，電弧熔煉時電極本身并不熔化，是永久性的。自耗電極電弧爐的電極采用被熔煉材料制成，如熔煉鈦時電極通常用海綿鈦壓制而成，在熔煉過程中電極本身被熔化。電極升降裝置隨著電極的不斷消耗使電極穩(wěn)定下降，以保持兩極的距離和電弧的穩(wěn)定。真空自耗電弧爐熔煉一般是在1.3～1.3×10-1Pa的爐內(nèi)壓力下進行。電弧溫度可高達5000K。電極熔化的液滴通過弧區(qū)時，便會產(chǎn)生強烈的揮發(fā)、分解、化合等脫氣、去除雜質(zhì)的凈化作用，然后滴入水冷銅結(jié)晶器中凝固成鑄錠。真空電弧熔煉不使用耐火材料，熔煉高熔點難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮和活性很高的鈦和鋯時可不受耐火材料的污染。爐料邊熔化邊凝固可消除縮孔、中心疏松和偏析等常見鑄錠缺陷，使加工性能優(yōu)良。自動控制部分包括溫控器、壓力保護、延時器、繼電器、過載保護等相互組合達到根據(jù)水溫自動啟停，保護等功能。圖2.1真空電弧爐2.2真空電弧爐結(jié)構(gòu)特點2.2.1工業(yè)冷水機FL-O2工業(yè)冷水機組（如圖2.2）的冷卻原理工業(yè)冷水機組的系統(tǒng)的運作是通過三個相互聯(lián)系的系統(tǒng)：制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、電器自控系統(tǒng)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)：蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑吸收水中的熱量并開始蒸發(fā)，最終制冷劑與水之間形成一定的溫度差，液態(tài)制冷劑亦完全蒸發(fā)變成氣態(tài)，后被壓縮機吸入并壓縮（壓力和溫度增加），高溫的氣態(tài)制冷劑通過水冷冷凝器散熱，溫度下降并凝結(jié)成液體。通過膨脹閥(或毛細管）節(jié)流后變成低溫低壓制冷劑進入蒸發(fā)器，完成制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。水循環(huán)系統(tǒng):水泵負責將水從水箱抽出泵到用戶需冷卻的設(shè)備，冷凍水將熱量帶走后溫度升高，再回到冷凍水箱中。電器自控系統(tǒng):包括電源部分和自動控制部分。電源部分是通過接觸器，對壓縮機、風(fēng)扇、水泵等供應(yīng)電源自動控制部分包括溫控器、壓力保護、延時器、繼電器、過載保護等相互組合達到根據(jù)水溫自動啟停，保護等功能。圖2.2工業(yè)冷水機2.2.2HM630逆變式直流手工弧焊機HM630逆變式直流手工弧焊機（如圖2.3）是采用IGBT功率開關(guān)器件通過先進的軟開關(guān)PWM脈寬調(diào)制技術(shù)獎50Hz的工頻逆變?yōu)?0KHz高頻，在進行降壓整流，輸出可供焊接的大功率直流電源。具有以下顯著特點：采用先進的全橋軟開關(guān)逆變技術(shù)和IGBT功率開關(guān)器件制造，高效、節(jié)能；采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，逆變功率達20KHz，動態(tài)響應(yīng)速度快，電弧平穩(wěn)，焊接性能優(yōu)異，焊縫成型美觀；電流電壓采用數(shù)字顯示，直觀、方便，并可進行電流預(yù)置；起弧電流可以調(diào)節(jié)，引弧可靠，操作方便不粘焊條；設(shè)有電弧推力調(diào)節(jié)電路，可根據(jù)焊接工藝需要調(diào)節(jié)電弧特性，焊接過程穩(wěn)定飛濺??；具有過熱、過流、欠壓保護功能，焊接工作安全可靠。適用范圍：可對不銹鋼、碳鋼、鑄鐵、銅及其合金等金屬材料進行焊接。廣泛適用于機械、石油、化工、造船、車輛、電力建設(shè)及建筑裝飾等行業(yè)。圖2.3HM630逆變式直流手工弧焊機2.2.3WK系列真空電弧爐簡介WK型真空電弧爐（如圖2.4）是由爐體、上電極、下電極及升降機構(gòu)、真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)等成。真空系統(tǒng)采用二級泵，即油擴散泵和機械泵，機械泵上設(shè)有電磁放氣閥避免停電后返油。真空機組上設(shè)有水冷擋板、放氣閥及充氣閥，最高真空度可以達到10-3Pa.爐體采用雙層水冷結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為不銹鋼，外層為鋼板焊接而成，下電極裝有4坩堝移動上電極可選擇進行熔化，下電極可上下移動并可移出，裝取料方便，爐正面設(shè)有一個觀察窗用來操作引弧，觀察窗上裝有墨色玻璃保護操作者的眼睛?？梢栽诟呒儦鍤獾谋Ｗo下熔煉各種合金、制備復(fù)合材料、還可以將所熔煉的合金或復(fù)合材料澆注成所需的形狀。主要適用于在真空或保護氣體條件下對少量貴金屬或合金材料進行熔化和制備。注意事項1機組在適用過程中必須特別注意清潔，應(yīng)盡可能避免內(nèi)部污染，不工作時應(yīng)將內(nèi)部抽成真空；2低真空在5Pa以下時方可打開擴散泵并預(yù)熱；3機組真空度低于3Pa時方可打開擴散泵抽高真空；4取料后應(yīng)立即清洗爐體，不用時應(yīng)抽至低真空；5斷電時立即切斷真空測量并關(guān)高真空閥、電源并打開備用水。圖2.4WK系列真空電弧爐2.3試樣金相組織與性能分析兩處的顯微組織如圖2.5a、b所示10μ10μm10μm圖2.5a顯微組織圖2.5b顯微組織測量該試樣的硬度，壓痕圖像如圖2.6所示，其結(jié)果如下：測試零件名稱(Nameofthehardwareinthetest):測試零件名稱測試時間(Testtime):2015-04-2218:20:11試樣號(SampleNo.):儀器號(InsturmentNo.):MICRO-586試驗力(TestForce):200力保持時間(Durationofforce):10試驗次數(shù)(TestTimes):3顯微鏡倍率(MicroscopeMagnification):40壓頭鋼球直徑(Presssteelballdiameter):2.5試驗值(TestValue):第1次(1times):d1=20.500d2=21.151HV=855.14HB=0.00第2次(2times):d1=21.314d2=22.127HV=786.12HB=0.00第3次(3times):d1=21.151d2=22.127HV=792.05HB=0.00平均值(AverageVlaue):811.10極差(Range):69.02最大值(Max.Vlaue):855.14分散度(Disperse):8.51%最小值(Min.Vlaue):786.12圖2.6壓痕圖像真空熔煉的試樣的金相顯微組織（圖2.5a、b）是典型的樹枝晶，晶粒彼此間比較均勻，氣泡、縮松很小，故而組織較致密。3高熵合金燒結(jié)試樣的制備3.1配置高熵合金多主元高熵合金由五種以上的金屬或金屬與非金屬，經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或者其他方法組合而形成具有金屬特性的材料。從目前研究狀況來看，為了獲得更高的熵值，高熵合金的主要組元大都大于5種，組元原子分數(shù)一般不超過35%。首次制備高熵合金所使用方法是真空電弧爐熔鑄法，這是迄今為止最傳統(tǒng)、應(yīng)用最多方法。隨后應(yīng)用了磁控濺射的方法成功地制備了多主元高功能合金鍍膜，還有文獻期刊報道利用熱噴涂制備高熵合金薄膜。姚陳忠[8]等通過恒電位電化學(xué)沉積成功制備了非晶態(tài)高熵合金Fe13.8Co28.7Ni4.0Mn22.1Bi14.9Tm16.5薄膜。高熵合金都可以采用熔鑄、鍛造、粉末冶金和噴涂法以及鍍膜法來制作塊材、涂層和薄膜材料,隨著高熵合金的制備工藝增多與改良，必然使其應(yīng)用的領(lǐng)域得到更大拓展。本實驗制備的高熵合金所需元素有：Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si，實驗所需原材料的純度都在99.9%或者以上，通過等摩爾比和近似摩爾比配制得相應(yīng)的五組元和八組元合金系列成分。配制的五組元高熵合金，兩組不同成分的試樣摩爾比分別為Al：Co：Cr：Fe：Ni=1：1：1：1：1，Al：Co：Cr：Fe：Ni=1：0.5：0.5：1：0.5，前者各元素分別取1/4mol，后者在前者基礎(chǔ)上將元素Co、Cr、Ni改為取1/8mol。配制的八組元高熵合金，兩組不同成分的試樣摩爾比分別為Al：Cr：Co：Fe：Ni：Mo：Ti：Si=0.5:0.5：0.5：0.5：0.5：0.5：0.75:0.25，前者各元素分別取1/4mol，后者在前者基礎(chǔ)上將元素Co、Cr、Ni改為取1/8mol。高熵合金組元元素基本參數(shù)如表3.1所示。表3.1高熵合金組元元素基本參數(shù)元素晶體結(jié)構(gòu)原子量原子半徑（?）熔點（K）沸點（K）晶格常數(shù)（?）AlFCC26.981.82933.2527404.049CrBCC52.001.25213029452.91CoHexagonal58.931.2517683201a=2.500b=4.069FeBCC55.841.24180931352.866NiFCC58.691.25172631873.524MoBCC95.942.01261746123.147TiHexagonal47.91.4519433562a=2.951b=4.679SiFCC28.081.46168731735.4313.2粘結(jié)劑的配制粘結(jié)劑是磨料和基體之間粘結(jié)強度的保證，為了提高壓坯的強度或防止粉末偏析而添加到粉末中的可在燒結(jié)前或燒結(jié)過程中除掉的物質(zhì)。隨著化工工業(yè)的發(fā)展，各種新型粘結(jié)劑進入了涂附磨具領(lǐng)域，提高了涂附磨具的性能，促進了涂附磨具工業(yè)的發(fā)展。粘結(jié)劑除了膠料外，還包括溶劑、固化劑、增韌劑、防腐劑、著色劑、消泡劑等輔助成分。粘結(jié)劑除了最常用的動物膠外，還包括合成樹脂、橡膠和油漆。本文所采用的粘結(jié)劑成份為：松香、松節(jié)油、EVA(熱熔膠)、石蠟。松香和松節(jié)油可以做粘合劑工業(yè)，以松香酯和氫化松香酯為基本原料的粘合劑，常用作熱熔性粘合劑、壓敏粘合劑和橡膠增粘劑，無論是橡膠粘合劑還是合成樹脂基粘合劑，或植物成分粘合劑中，常用松香作為粘合劑成分。松香基材料一般適用于熱熔性粘合劑、壓敏粘合劑、橡膠增粘劑和膠粘劑等，特別是熱熔性粘合劑的迅速增加，松香在粘合劑工業(yè)中的使用量顯著增加。松香的加入主要是增加粘合劑的強度、柔軟性和粘合性能。EVA熱熔膠是一種不需溶劑、不含水分100%的固體可熔性聚合物；它在常溫下為固體，加熱熔融到一定溫度變?yōu)槟芰鲃?，且有一定粘性的液體。熔融后的EVA熱熔膠，呈淺棕色或白色。EVA熱熔膠由基本樹脂、增粘劑、粘度調(diào)節(jié)劑和抗氧劑等成分組成。以下是我的實驗所需的粘結(jié)劑的配制：（1）以松香和松節(jié)油混合所配制的粘結(jié)劑將塊狀松香搗碎成小碎塊并磨制成粉末（可用篩網(wǎng)過濾），以便松香與松節(jié)油充分地混合。使用精度為0.001克的電子稱按松香比松節(jié)油為1:3的比例稱取。（2）以EVA（熱熔膠）、松香、石蠟混合所配制的粘結(jié)劑如圖3.1所示將塊狀石蠟和松香分別研墨成粉末，以熱熔粉比松香比石蠟為100:60:20的比例適量稱取并充分混合，攪拌均勻。圖3.1以EVA（熱熔膠）、松香、石蠟混合所配制的粘結(jié)劑3.3高熵合金試樣的制備取適量且不同比例的高熵合金與第一種粘結(jié)劑（松香、松節(jié)油）混合，如圖所示3.2，利用金相試樣鑲嵌機XQ-2B（如圖所示3.3）將其壓制成圓柱塊狀，壓制時不需加熱即可。隨后將其放入GQ70B型電熱干燥恒溫箱（如圖所示3.4），在恒溫100℃下保溫六小時以上，最后則將其放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。取適量且不同比例的高熵合金與第二種粘結(jié)劑（EVA、松香、石蠟）按照3:1、5:1的比例混合，利用金相試樣鑲嵌機XQ-2B將其壓制成圓柱塊狀，壓制時不需加熱即可。隨后將其放入GQ70B型電熱干燥恒溫箱，在恒溫100℃下保溫六小時以上，最后則將其放入真空燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。各試樣的命名方式如下表3.2所示：表3.2各試樣的命名方式五組元八組元采用松香、松節(jié)油為粘結(jié)劑且金屬各元素為1/4mol的高熵合金試樣A1試樣B1采用松香、松節(jié)油為粘結(jié)劑且金屬各元素為1/8mol的高熵合金試樣A2試樣B2采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑且高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為3:1，金屬各元素為1/4mol的高熵合金試樣A3試樣B3采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑且高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為5:1，金屬各元素為1/4mol的高熵合金試樣A4無采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑且高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為3:1，金屬元素Co、Co、Ni為1/8mol，其余元素均為1/4mol的高熵合金試樣A5無采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑且高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為5:1，金屬元素Co、Co、Ni為1/8mol，其余元素均為1/4mol的高熵合金試樣A6試樣B6圖圖3.2XQ-2B金相試樣鑲嵌機圖3.3GQ70B型電熱干燥恒溫箱圖3.4與粘結(jié)劑調(diào)制好的部分五組元高熵合金、八組元高熵合金4高熵合金燒結(jié)工藝研究隨著科研人員對高熵合金的不斷深入，到目前為止，高熵合金制備的方法還是比較多的，例如制備高熵合金最常用的真空熔煉法（包括真空電弧熔煉發(fā)和真空感應(yīng)熔煉法）、磁控濺射法、機械合金化法、電沉積法等?？梢姼哽睾辖鸺饶苡脗鹘y(tǒng)方法也能用比較先進的方法制備，這樣使其應(yīng)用范圍非常大。本文則采用粉末冶金真空燒結(jié)法制備高熵合金。完成上述流程后，將調(diào)制好的試樣放入真空燒結(jié)爐CX-1400ZKL（如圖4.1所示）內(nèi)，真空燒結(jié)爐部件如圖4.2所示。CX-1400ZKL真空燒結(jié)爐廣泛應(yīng)用于金屬材料在低真空、還原性、保護性氣氛下的熱處理，也可以擁有特殊材料的熱處理，如鋁釬焊、銅釬焊等。耐火材料采用氧化鋁纖維，保溫節(jié)能效果良好；外封閉真空罐并帶水冷系統(tǒng)；整體結(jié)構(gòu)新穎，操作方便。該爐控溫方式采用智能化30段可編程自動控制裝置，加熱元件為硅碳棒，單鉑銠熱電阻，最高溫度可達1400℃，工作溫度最高為1300℃，最高真空度：7*10-3pa試樣燒結(jié)過程中溫度變化曲線圖如圖4.3所示，變溫燒結(jié)過程中輸入的程序如表4.1所示。真空燒結(jié)爐操作流程如下：開機前，先打開水泵，然后檢查機械泵閥門、擴散泵閥門、進出氣口閥門是否關(guān)閉。確定關(guān)閉后，打開機械泵、擴散泵電源開關(guān)，把機械泵閥門打開。（注意機械泵打開十分鐘后才可進行加熱操作）打開擴散泵電源開關(guān)40分鐘后，看真空度是否低于20帕，如果低于20帕，將機械泵閥門關(guān)閉。打開擴散泵閥門，看真空度是否有變化，如果真空度往下降，說明擴散泵已經(jīng)開始工作；反之，關(guān)閉擴散泵閥門，打開機械泵閥門，讓擴散泵再加熱一會兒，一邊擴散泵達到可以開啟的溫度。實驗完成后，先關(guān)閉機械泵閥門，然后關(guān)閉擴散泵閥門及擴散泵電源開關(guān)，等擴散泵冷卻后再關(guān)閉機械泵開關(guān)（大約半小時左右），再關(guān)閉水泵。完成步驟（4）后，輕輕打開放氣閥，等真空表為大氣狀態(tài)以后，再打開爐門，取出試樣。圖4.1真空爐CX-1400ZKL圖4.2真空燒結(jié)爐部件介紹圖4.3試樣燒結(jié)過程中溫度變化曲線圖表4.1變溫燒結(jié)過程中輸入的程序序號數(shù)據(jù)注釋C010起始溫度t0145從0—700℃升溫45minC02700第一個目標溫度值t0215700℃保溫15minC03700第二個目標溫度值T0345從700—1300℃升溫45minC041300第三個目標溫度值T04601300℃保溫60minC051300第四個目標溫度值T0545從1300—700℃降溫45minC06700第五個目標溫度值t06-121程序運行結(jié)束，自然降溫燒結(jié)出的試樣如圖4.4.所示：圖4.4真空燒結(jié)爐燒結(jié)出的五組元、八組元高熵合金5高熵合金組織結(jié)構(gòu)研究通過對合金元素的選擇，本文成功的制備出了AlCoCrFeNi系五組元高熵合金和AlCrCoFeNiMoTiSi系八組元高熵合金。通過對其金相組織的觀察來做進一步的研究。5.1制備金相顯微試樣取樣。選擇合適的、有代表性的試樣，包括選擇取樣部位、檢驗面及確定截取方法、試樣尺寸等。鑲嵌。采用塑料鑲嵌，鑲嵌材料采用熱塑性塑料（聚氯乙烯），如圖5.1所示。磨光。采用粒度為200,400,600及800的四種砂紙，進行磨光。磨光時注意切削壓力不宜過大、要均勻且同一方向進行。拋光。采用拋光織物是細絨布、拋光液為拋光粉加水配成的，拋光時間為五分鐘左右，直到去除試樣磨面上經(jīng)磨光工序留下的細微劃痕，使試樣磨面成光亮無痕的鏡面。腐蝕。將拋光好的試樣采用無水乙醇擦拭一段時間進行浸蝕，之后用棉花擦拭干凈，保持表面的清潔。采用三口倒置金相顯微鏡XJP-6A（如圖5.2所示）觀察試樣的金相組織并拍照記錄，顯微鏡鏡片倍數(shù)為12.5*40，顯微鏡的精度一小格表示0.001毫米。圖5.1鑲嵌好的試樣圖5.2實驗所用金相顯微鏡XJP-6A5.2高熵合金金相組織展示高熵合金五組元系與八組元系的金相組織對比如表5.1所示。表5.1金相組織對比五組元A八組元B試樣A1與試樣B110μ10μm10μ10μm試樣A2與試樣B210μ10μm10μ10μm試樣A3與試樣B310μ10μm10μ10μm10μ10μm10μ10μm5.3五組元與八組元高熵合金組織結(jié)構(gòu)分析試樣的金相顯微組織見表5.1，通過各試樣的組織對比可分析出，一、由粉末冶金燒結(jié)獲得的五組元和八組元高熵合金都是多晶型樹枝狀組織，和熔煉獲得的傳統(tǒng)金屬一致。二、觀察高熵合金微觀組織示意圖可看出，采用EVA、松香、石蠟作為粘結(jié)劑的高熵合金的晶粒細小，采用松香和松節(jié)油作為粘結(jié)劑的高熵合金晶粒尺寸稍大。三、五組元和八組元高熵合金的組織總體比較均勻，在組織中能發(fā)現(xiàn)有金屬間化合物的析出。四、1/4mol（松香、松節(jié)油）五組元高熵合金的析出物呈長條狀且分布不均，1/4mol（3:1）（EVA、松香、石蠟）八組元高熵合金中也發(fā)現(xiàn)呈長條狀的析出物，但數(shù)量較少。6高熵合金力學(xué)性能研究6.1本文實驗力學(xué)性能方面成果通過合金元素的選擇來提高合金的力學(xué)性能，本文成功的制備了AlCoFeCuNi系、AlCrCoFeNiMoTiSi系高熵合金。通過對其硬度等性能進行研究，探討合金元素對合金性能的影響。本實驗采用HVT-1000型維氏硬度計對各個試樣進行硬度測試，每個試樣上分別打五個點，將其記錄后取平均值整理于表6.1中。以AlCrCoFeNiMoTiSi系八組元高熵合金1/4mol（3:1ZVA、松香、石蠟）為例，維氏硬度計軟件自動生成相應(yīng)硬度記錄，情況如下所示，壓痕圖像如圖6.1所示。測試零件名稱(Nameofthehardwareinthetest):測試零件名稱測試時間(Testtime):2015-05-2118:59:35試樣號(SampleNo.):儀器號(InsturmentNo.):MICRO-586試驗力(TestForce):200力保持時間(Durationofforce):10試驗次數(shù)(TestTimes):5顯微鏡倍率(MicroscopeMagnification):40壓頭鋼球直徑(Presssteelballdiameter):2.5試驗值(TestValue):第1次(1times):d1=19.850d2=20.989HV=889.48HB=0.00第2次(2times):d1=20.175d2=21.314HV=861.83HB=0.00第3次(3times):d1=21.151d2=21.639HV=810.22HB=0.00第4次(4times):d1=21.477d2=20.500HV=841.90HB=0.00第5次(5times):d1=21.151d2=20.012HV=875.53HB=0.00平均值(AverageVlaue):855.79極差(Range):79.26最大值(Max.Vlaue):889.48分散度(Disperse):9.26%最小值(Min.Vlaue):810.22圖6.1壓痕圖像表6.1五組元與八組元高熵合金硬度對比元硬元硬HV)試樣硬度（HV）試樣五組元八組元采用松香、松節(jié)油為粘結(jié)劑且金屬各元素為1/4mol的高熵合金。528.77292.63采用松香、松節(jié)油為粘結(jié)劑且金屬各元素為1/8mol的高熵合金。370.62491.87采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑，金屬各元素為1/4mol的高熵合金。高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為3:1515.55855.79高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為5:1585.48采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑且，金屬元素Co、Co、Ni為1/8mol，其余元素均為1/4mol的高熵合金。高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為3:1400.43623.96高熵合金粉末與粘結(jié)劑比例為5:1451.39表6.2五組元與八組元高熵合金密度對比試樣項目五組元八組元A1A2A3A4A5A6B1B2B3B6密度(g/cm3)4.354.353.6414.516.1297.3283.223.284.082.213.809--7.2666.7623.513.363.082.51平均值(g/cm3)4.354.353.734.516.707.053.363.323.582.51注①“—”表示真空燒結(jié)出的無法計算。采用粉末冶金高溫燒結(jié)法得到的高熵合金的密度與燒結(jié)溫度、粘結(jié)劑的種類添加數(shù)量和高熵合金各組元的相互作用能力有關(guān)。綜合分析表6.2可知采用EVA、松香、石蠟作粘結(jié)劑，Co、Cr、Ni改為取1/8mol時，通過高溫燒結(jié)得到的五組元高熵合金的密度高，且粘結(jié)劑的含量越低，密度越高。6.2五組元與八組元高熵合金的性能分析通過五組元和八組元的硬度對比可知：一、采用EVA、松香、石蠟作為粘結(jié)劑的高熵合金的硬度值高。二、高熵合金試樣制備過程中添加的粘結(jié)劑越少，硬度越高。粘結(jié)劑少，高溫燒結(jié)后殘余量少，高熵合金的致密度大，硬度高。三、在高熵合金試樣制備過程中加的壓力越大，組織越致密，硬度值就越高。用松香、松節(jié)油作粘結(jié)劑時試樣呈膏狀，壓力一大，試樣就會變形，所以試樣較疏松，所以燒結(jié)件的結(jié)構(gòu)也不緊密，硬度值偏低。用EVA、松香、石蠟做粘結(jié)劑，試樣加壓后，粘結(jié)劑融化，把高熵合金粉末緊緊粘在一起并壓實，所以硬度高。四、粉末冶金燒結(jié)件的硬度值比真空電弧熔煉得到的高熵合金的硬度低。這是因為燒結(jié)件里有粘結(jié)劑揮發(fā)后留下的孔洞，結(jié)構(gòu)不致密。

7結(jié)論本文依據(jù)多組元高熵合金的成分設(shè)計原則，設(shè)計了AlCoFeCuNi系五組元與AlCrCoFeNiMoTiSi系八組元高熵合金，并采用真空燒結(jié)爐制備出該合金，研究了該多組元高熵合金的結(jié)構(gòu)及性能。本論文的主要研究結(jié)果如下所示：粉末冶金燒結(jié)獲得的高熵合金都是多晶型樹枝狀組織，與熔煉獲得的傳統(tǒng)金屬一致。五組元和八組元高熵合金的組織總體比較均勻。采用EVA、松香、石蠟作為粘結(jié)劑的高熵合金的晶粒要比采用松香和松節(jié)油的高熵合金的晶粒細小。采用EVA、松香、石蠟為粘結(jié)劑的高熵合金的硬度值比采用松香和松節(jié)油的高熵合金的硬度值稍高。高熵合金試樣制備過程中添加的粘結(jié)劑越小，硬度值越高。高熵合金試樣制備過程中加的壓力越大，組織越致密，硬度值越高。粉末冶金燒結(jié)件的硬度值比真空電弧熔煉得到的高熵合金的硬度值低。對于本次的實驗，由于部分實驗設(shè)備的局限性、實驗過程中的規(guī)范性和精度不足，使得實驗結(jié)果有些許偏差。但總體來說，實驗的完成度、數(shù)據(jù)的記錄、整理及結(jié)果還是令人滿意的，高熵合金還是表現(xiàn)出其一定的優(yōu)越性。通過本實驗雖然對多主元高熵合金的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)