含F(xiàn)eSiB高熵合金組織控制及性能研究.pdf

1、具有獨特組織結構的高熵合金在高硬度、高加工硬化、高熱穩(wěn)定性、良好的抗腐蝕性和耐磨性等特性中有著優(yōu)異的表現(xiàn)，可替代在特殊條件下使用的現(xiàn)有合金材料。因此，作為一個全新的合金領域，高熵合金研究具有深層次的學術意義和重要的工程應用價值。本課題擬選擇具有優(yōu)異軟磁特性的Fe-Si-B金屬玻璃成分為原型，設計FeSiBAlNi五元高熵合金。系統(tǒng)研究添加第六主元Nb、Cu、Co和Ag的本征屬性和尺寸效應與FeSiBAlNi高熵合金微觀結構之間的相關性，

2、優(yōu)化成分設計，以期獲得非晶高熵合金。
　　本課題采用機械合金化法制備高熵合金體系，通過X射線衍射分析、差示掃描量熱分析、掃描電鏡、透射電鏡、能譜色散儀、振動樣品磁強計和電化學工作站等測試手段，系統(tǒng)地研究球磨時間和主元效應對機械合金化高熵合金微觀結構和熱學性能及磁學性能的影響，探討具有相似原子尺寸，不同結構的元素添加對非晶高熵合金形成的影響機制。選擇一定的退火溫度對非晶高熵合金粉末進行熱處理，研究退火溫度與晶化產(chǎn)物的結構及磁學性能的

3、相關性。另外，對五元FeSiBAlNi高熵合金粉末進行放電等離子體燒結制備塊體樣品進行了初步探索，對燒結后的樣品測試其微觀結構和各項性能。主要研究內(nèi)容和結論如下:
　　通過機械合金化法成功制得的FeSiBAlNi(Nb/Cu/Co)完全的非晶高熵合金，而FeSiBAlNiAg得到的最終機械合金化產(chǎn)物為部分非晶相與固溶體的混合組織。第六主元的添加明顯縮短了非晶相的形成時間。
　　利用DSC測試得到初始晶化溫度Tx，分析得知不同

4、球磨時間的非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性總體規(guī)律為:FeSiBAlNiNb＞FeSiBAlNiCo＞FeSiBAlNi＞FeSiBAlNiCu≈FeSiBAlNiAg，可知高熔點主元Nb、Co的添加不僅能夠顯著提高高熵合金的熔點，而且有助于改善非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性;而相對較低熔點元素Cu、 Ag的加入則削弱了高熵合金的耐熱性，并降低了其非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性。
　　通過交變梯度磁強計測試各合金的磁滯回線獲知，其矯頑力的數(shù)值均高于10 O

5、e，表明制備的五種高熵合金均為半硬磁材料，需要說明的是高熵合金的最大飽和磁化強度均高于非晶高熵合金。此外，高熵合金的半硬磁性能的大小順序為:FeSiBAlNi＞FeSiBAlNiCo＞FeSiBAlNiCu＞FeSiBAlNiANb＞FeSiBAlNiAg，說明第六主元的添加并沒有改善高熵合金的磁學性能。
　　非晶高熵合金退火處理后，研究發(fā)現(xiàn)FeSiBAlNi(Nb/Cu/Co/Ag)非晶高熵合金具有不同的晶化產(chǎn)物，但基體仍以固溶

6、體相為主，同時析出一些金屬化合物。具體結果如下:五元FeSiBAlNi高熵合金的熔化行為得到簡化，隨著退火溫度的提高，半硬磁性能先降低后升高。高溫退火處理使FeSiBAlNiNb高熵合金相的結構復雜化，但是熔化模式仍為一步熔化。FeSiBAlNiCu非晶高熵合金晶化產(chǎn)物的熔點升高，半硬磁性能隨著退火溫度的提高先升高后降低。高溫退火后，F(xiàn)eSiBAlNiCo非晶高熵合金生成了單一固溶體，其半硬磁性能增強。而FeSiBAlNiAg非晶高熵合