CoCrCuFeNi系高熵合金的凝固組織與性能研究.pdf

1、基于等摩爾比、高混合熵的設(shè)計理念，高熵合金具有微結(jié)構(gòu)簡單化和納米化的特點，具有一些傳統(tǒng)合金所無法比擬的優(yōu)異性能，從而成為材料科學(xué)及凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中又一新的研究熱點。從元素間互溶性、原子半徑差、電負(fù)性和混合熵等方面綜合考慮，本文以Co、Cr、Cu、Fe和Ni為主要元素，設(shè)計不同的成分配比，采用高頻感應(yīng)熔煉制備CoCrCuFeNi系高熵合金，借助多種分析手段，系統(tǒng)研究了各元素含量變化對該合金系平衡凝固組織與性能的影響，在此基礎(chǔ)上，采用熔融玻

2、璃凈化法使CoCrCuFexNi及CoCrCuxFeNi系高熵合金（x=0.5、1.0、1.5、2.0為元素的原子摩爾比）實現(xiàn)深過冷，深入研究了不同成分及過冷度時合金的顯微組織演化過程，分析了凝固方式（平衡/非平衡）對合金組織，相組成的影響。本文研究結(jié)果如下：
　　CoCrCuFeNi系高熵合金平衡凝固組織均為典型的樹枝晶，Cu元素偏聚于枝晶間，晶間析出了許多納米級顆粒相，各元素含量變化時，納米相的尺寸略有變化，并呈現(xiàn)出不同的形貌

3、。當(dāng)Cu元素的含量低于18.18％時，Cr元素易在晶界偏聚，Cu元素含量越低，Cr元素在晶界的偏聚就越明顯。隨著Cu元素含量的增加，枝晶間的體積分?jǐn)?shù)呈增大趨勢。枝晶內(nèi)部Co、Fe元素的含量較高，Cr元素次之，Cr元素除了在晶界上偏聚以外，在枝晶間區(qū)域以針狀析出；枝晶間Ni元素的含量稍高于其他三種元素。但對于CoCrCuFe0.5Ni和CoCrCuFeNi0.5高熵合金而言，試樣上出現(xiàn)了Cu元素的宏觀偏析，凝固組織不再是典型的樹枝晶形貌。

4、此外，各元素含量及過冷度變化時，CoCrCuFeNi系高熵合金的相結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，均為簡單的FCC固溶體。
　　鑄態(tài)下，CoCrCuFeNi系高熵合金的硬度值均低于200HV。Cr、Fe元素有利于提高合金硬度，Cu元素能夠降低合金硬度，Ni、Co元素對合金硬度的影響不大。
　　深過冷快速凝固時，CoCrCuFexNi及CoCrCuxFeNi系高熵合金分別呈現(xiàn)兩種不同顯微形貌：樹枝晶和液相分離組織。Cu含量越高，過冷度越大，

5、越易發(fā)生相分離。當(dāng)Cu元素的含量為11.11%時，枝晶間未觀察到Cu元素的偏析；當(dāng)Cu元素的含量為11.11%～18.18%時，小過冷度時，凝固組織為樹枝晶，枝晶間存在Cu元素的富集，更有納米相的析出，納米相的尺寸約為100nm，甚至更低，較鑄態(tài)時明顯減小，納米相顆粒均勻而單一，呈現(xiàn)近似規(guī)則的正方體型，在很大的過冷度時出現(xiàn)了相分離組織；當(dāng)Cu元素的含量大于或等于20%時，出現(xiàn)了明顯的相分離組織，隨著過冷度的增加，相分離程度增加。對于凝固