材料成型及控制工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-灰鑄鐵基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　灰鑄鐵基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教

2、師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 灰鑄鐵基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　1）掌握高熵合金的概念、性能特點(diǎn)、制造工藝。</p><p>　　2）完成高熵合金在灰鑄鐵基體表面熔滲工藝實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　3）各種實(shí)驗(yàn)條件下獲得的熔滲高熵合金試樣的制備。</p>&

4、lt;p>　　4）各種實(shí)驗(yàn)條件下獲得的熔滲高熵合金的顯微組織觀察。</p><p>　　5）完成各種實(shí)驗(yàn)條件下獲得的的硬度、耐磨性等力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1）查閱20篇以上的科技文獻(xiàn)。</p><p>　　2）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)</p><p>

5、　　3）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)題答辯、中期檢查。</p><p>　　4）按照畢業(yè)論文的撰寫要求完成畢業(yè)論文、參加答辯。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]朱張校.工程材料[M].北京: 清華大學(xué)出版社,2000.1-3.</p><p>　　[2]徐祖耀,李麟.材料熱力學(xué)[M].

6、北京:科學(xué)出版社,2005.17-21.</p><p>　　[3]葉均蔚,陳瑞凱.高熵合金[J].科學(xué)發(fā)展,2004,377:16-21.</p><p>　　[4]Lei derer P,Pal berg T.Phys RevLett[J],1997,79:23-24.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p>

7、<p>　　灰鑄鐵基體表面熔滲高熵合金組織及性能研究</p><p>　　摘要：高熵合金是20世紀(jì)90年代提出的，人們致力于尋找具有超高玻璃化形成能力的合金。有人認(rèn)為非晶或玻璃的原子混亂度高或熵高，而高熵必然導(dǎo)致高的玻璃化形成能力，所以提出混亂理論。但是，后來(lái)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高熵和高的玻璃化形成能力并不一致，倒是發(fā)現(xiàn)有些高混合熵合金可以形成單相固溶體。對(duì)此，葉均蔚等學(xué)者認(rèn)為這種固溶體是高混合熵穩(wěn)定的固溶體，

8、因此命名為高熵合金。</p><p>　　作為一種新型的合金材料，高熵合金表現(xiàn)出許多優(yōu)良的特性，其中極高的硬度、 強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性以及良好的塑韌性等是其顯著特點(diǎn)。多主元高熵合金表現(xiàn)出與傳統(tǒng)合金不同的特性，而且通過(guò)不同的元素搭配可獲得種類繁多的新型合金，因此具有豐富的應(yīng)用潛能和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　金屬表面涂層技術(shù)可用于提高零件的耐腐蝕、摩擦、磨損和疲勞等，將具

9、有優(yōu)良機(jī)械性能的高熵合金用于金屬表面涂層，是金屬表面處理的一個(gè)新的研究方向。</p><p>　　為此，本文通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究高熵合金熔滲在不同金屬基體材料上獲得的熔滲層的組織和性能,進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：高熵合金在灰鑄鐵基體表面熔滲工藝實(shí)驗(yàn)，熔滲高熵合金的顯微組織觀察，硬度、耐磨性等力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高熵合金，涂層技術(shù)，表面溶滲</p><p>

10、;　　Gray cast iron substrate surface aluminized high entropy alloy organization and performance study</p><p>　　Abstract：High entropy alloys is put forward in the 1990 s, people looking for a high glass formin

11、g ability of alloys. Some people think that amorphous or glass atomic disorder degree is high, or high entropy, whereas high entropy inevitably leads to high glass forming ability, so the chaos theory is put forward. Lat

12、er, however, some scholars found that the high entropy and high glass forming ability, but found that some high entropy of mixing single-phase solid solution alloy can be formed. Both</p><p>　　As a new type

13、of alloy material, high entropy alloys exhibit many excellent characteristics, including high hardness, strength, good thermal stability and corrosion resistance and good plastic toughness is its salient features. More p

14、rincipal high entropy alloys with traditional alloy different characteristics, and through different element collocation can obtain a wide variety of new type alloy, therefore has rich application potential and broad app

15、lication prospects.</p><p>　　Metal surface coating technology can be used to improve the corrosion resistance of parts, friction, wear and fatigue, etc., will have good mechanical properties of high entropy

16、alloys used for metal surface coating, metal surface treatment is a new research direction. </p><p>　　Through comparative experiments, this paper, the study of high entropy alloy melt infiltration on differe

17、nt metal matrix materials for the organization and properties of aluminized layer, the following experiments: high entropy alloys in gray cast iron substrate surface melt infiltration process experiment, aluminized high

18、entropy alloy microstructure observation, mechanical properties such as hardness, wear resistance experiments.</p><p>　　Keywords: high entropy alloys, coating technology, surface permeability</p><

19、p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1高熵合金的概念1</p><p>　　1.2高熵合金的組織結(jié)構(gòu)1</p><p>　　1.3高熵合金的性能特點(diǎn)1</p><p>　　1.4高熵合金的制造工

20、藝3</p><p>　　1.4.1真空電弧熔煉技術(shù)3</p><p>　　1.4.2磁控濺射技術(shù)4</p><p>　　1.4.3機(jī)械合金化技術(shù)4</p><p>　　1.4.4熱噴涂技術(shù)4</p><p>　　1.5高熵合金的應(yīng)用4</p><p>　　1.6高熵合金的研究現(xiàn)狀

21、7</p><p><b>　　1.7涂層技術(shù)7</b></p><p>　　1.7.1涂層技術(shù)簡(jiǎn)介7</p><p>　　1.7.2涂層技術(shù)應(yīng)用8</p><p>　　1.8高熵合金涂層10</p><p>　　2熔滲高熵合金試樣的制備11</p><p>　　

22、2.1配置高熵合金11</p><p>　　2.2粘結(jié)劑的配置11</p><p>　　2.3熔滲高熵合金試樣的制備11</p><p>　　2.4高熵合金試樣制備使用儀器11</p><p>　　3基體熔滲高熵合金工藝及組織研究12</p><p>　　3.1基體材料成分、組織、性能介紹12</p&

23、gt;<p>　　3.1.1灰鑄鐵基體成分簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.1.2灰鑄鐵性能簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.1.3基體材料的顯微組織13</p><p>　　3.2熱處理爐加熱熔滲高熵合金工藝14</p><p>　　3.3感應(yīng)加熱熔滲高熵合金工藝16</p><p>　　3.

24、3.1感應(yīng)加熱器原理16</p><p>　　3.3.2感應(yīng)加熱器特點(diǎn)17</p><p>　　3.3.3八組元感應(yīng)加熱熔滲效果18</p><p>　　3.3.4五組元感應(yīng)加熱熔滲效果18</p><p>　　4.1.5維氏硬度試驗(yàn)操作步驟25</p><p>　　4.1.6維氏硬度試驗(yàn)注意事項(xiàng)26<

25、;/p><p>　　4.2八組元感應(yīng)加熱力學(xué)性能26</p><p>　　4.3五組元感應(yīng)加熱力學(xué)性能27</p><p><b>　　結(jié)論29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝32</b>

26、</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1高熵合金的概念</p><p>　　目前，高熵合金一般可以被定義為由五個(gè)以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶體相的一類合金。簡(jiǎn)言之，五元合金相圖中，在中間位置存在固溶體相區(qū)，這種固溶體目前認(rèn)為是混合熵穩(wěn)定的固溶體。&l

27、t;/p><p>　　“高熵合金”的概念由臺(tái)灣學(xué)者葉均蔚于1995年提出。高熵合金含有多種主要元素，且其中每種主元均具有較高摩爾分?jǐn)?shù)但不超過(guò)35％。因此沒(méi)有一種元素含量能占50％以上。這種合金是由多種元素一起表現(xiàn)特色擺脫了傳統(tǒng)合金以一種金屬元素為主的觀念。一般認(rèn)為合金元素種類較多時(shí)，易發(fā)生金屬間化合物使合金性能變差的現(xiàn)象。Gibbs相律認(rèn)為由n種元素組成的合金系統(tǒng)所能產(chǎn)生的平衡相數(shù)p＝n＋1。而當(dāng)非平衡凝固時(shí)形成的相

28、數(shù)p>n+1。然而葉均蔚對(duì)高熵合金的研究結(jié)果與此不一致，發(fā)現(xiàn)多主元高熵合金凝固后所得相數(shù)p遠(yuǎn)小于n+1，且合金中不僅沒(méi)有形成數(shù)目眾多的金屬間化合物，反而形成了簡(jiǎn)單的結(jié)晶相甚至非晶質(zhì)，這一特性決定了高熵合金具有廣闊的應(yīng)用空間。[5]</p><p>　　1.2高熵合金的組織結(jié)構(gòu)</p><p>　　和傳統(tǒng)多主元合金可能形成種類繁多的金屬間化合物及復(fù)雜相相比，高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)是各種元素

29、互溶形成的單一結(jié)構(gòu)，如簡(jiǎn)單體心立方結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單面心立方結(jié)構(gòu)。 在鑄態(tài)和完全回火狀態(tài)下，高熵合金能夠析出納米相和非晶質(zhì)強(qiáng)化合金多項(xiàng)力學(xué)性能、電化學(xué)性能和物理性能。</p><p>　　1.3高熵合金的性能特點(diǎn)</p><p>　　高熵合金和傳統(tǒng)合金在性能上相比，最顯著的特點(diǎn)就是高熵合金可以同時(shí)擁有極高的硬度、耐熱性及耐蝕性。而據(jù)現(xiàn)在所知的任何一種傳統(tǒng)合金都不能在熔鑄后集這三種性能為一體。[18

30、]</p><p><b>　?。?）高強(qiáng)度與硬度</b></p><p>　　高熵合金具有較高的硬度和強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)高熵合金的鑄態(tài)組織硬度為600 ～900HV，相當(dāng)于或者大于碳鋼及合金碳鋼完全淬火硬化后的硬度 ；改變合金元素的含量，還可進(jìn)一步提高合金的硬度。</p><p><b>　?。?）良好的耐磨性</b>

31、</p><p>　　高熵合金具有良好的耐磨性。研究AlxCoCrCuFeNi高熵合金的粘著磨損行為時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著Al元素的增加，合金的硬度提高，磨損機(jī)制為氧化磨損，在合金表面形成的氧化膜有助于抵抗磨損。當(dāng)鋁的含量較低時(shí)(x=0.5)，合金由簡(jiǎn)單的面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)組成，x=1.0時(shí)，形成面心立方和體心立方(BCC)的混合結(jié)構(gòu)；在磨損的表面，F(xiàn)CC區(qū)域有深的磨損凹槽，而B(niǎo)CC區(qū)域是光滑的，在光滑區(qū)域，雖然已經(jīng)發(fā)

32、生氧化磨損，但以層狀磨損為主；當(dāng)鋁含量較高時(shí)(x=2.0)，合金的硬度提高，產(chǎn)生氧化磨損，氧化膜有助于抵抗磨損，故合金的抗磨損性能提高。</p><p>　?。?）良好的塑性和韌性</p><p>　　高熵合金具有良好的塑性和韌性，特別是當(dāng)合金具有單一面心立方相時(shí)，具有非常好的塑性，合金塑性與合金中面心立方相的數(shù)量比成一定的正比關(guān)系。合金FeCoNiCrCuAl0.5經(jīng)50%壓縮率冷壓（即

33、冷壓合金時(shí)的塑性變形量達(dá)到50%）后，非但沒(méi)有出現(xiàn)任何裂紋，反而在枝晶內(nèi)部出現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)，大小約數(shù)納米到數(shù)十納米，合金硬度得到進(jìn)一步提升；AlCoCrFeNiTi1.5在32%以內(nèi)的壓縮率內(nèi)冷壓，也表現(xiàn)出非常好的延展性。在合金AlXCoCrCuFeNi的研究中，合金的晶粒尺寸越小，單位體積內(nèi)晶界面積增加越多，晶界面積的增加就使晶界滑動(dòng)及其協(xié)調(diào)過(guò)程更加容易進(jìn)行，晶界遷移、晶界滑移有助于塑性變形過(guò)程中的應(yīng)力松弛、塑性提高。</p>

34、;<p><b>　?。?）耐熱性</b></p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)，大部分高熵合金具有比組成元素更高的熔點(diǎn)，高溫下具有極高的硬度和強(qiáng)度。由于高熵合金混亂度大，再加上在高溫下混亂度變得更大，高熵合金無(wú)論是結(jié)晶態(tài)還是非晶態(tài)都會(huì)變得更加穩(wěn)定，仍然存在固溶強(qiáng)化效應(yīng)，可獲得極高的高溫強(qiáng)度。有研究表明高熵合金具有耐回火軟化性能，在1000℃退火、24h爐冷到室溫后，其硬度幾乎沒(méi)變化，

35、甚至有析出硬化特性。Al0.3CoCrFeNiC0.1高熵合金在 700 ～1000℃時(shí)效處理72h后，合金硬度非但沒(méi)有下降，反而有不同程度的提升。而傳統(tǒng)合金如碳鋼淬硬化后有明顯的軟化現(xiàn)象，耐高溫的高速鋼也會(huì)在550℃時(shí)發(fā)生軟化。</p><p><b>　?。?）耐腐蝕性</b></p><p>　　高熵合金有良好的耐腐蝕性能。例如AlFeCuCoNiCrTiX高熵

36、合金在0.5mol/L的硫酸（H2SO4）溶液中的耐腐蝕性要優(yōu)于304不銹鋼，合金中的鎳（Ni）、鉻（Cr）使合金具有耐蝕性。銅（Cu）對(duì)提高合金的抗還原酸(H2SO4)能力也有很大貢獻(xiàn)，Cu能促使鈍化膜的生成，提高腐蝕電位，降低腐蝕電流密度，在H2SO4溶液中容易形成金屬Cu、硫化亞銅（Cu2S）來(lái)阻擋或減少材料與溶液接觸，提高合金的耐腐蝕性。Al0.3CrFe1.5MnNi合金研究發(fā)現(xiàn)，添加Cr、鉬（Mo）元素可以增加合金的抗孔蝕能

37、力。</p><p>　　1.4高熵合金的制造工藝</p><p>　　1.4.1真空電弧熔煉技術(shù)</p><p>　　真空電弧爐由爐體、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(shí)，在電極(負(fù)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

38、的熱量來(lái)熔化金屬。電爐一般是直流供電，一根電極。按照熔煉過(guò)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(diǎn)材料制成，電弧熔煉時(shí)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(shí)電極通常用海綿鈦壓制而成，在熔煉過(guò)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。[7]</p><p>

39、;　　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(jìn)行。電弧溫度可高達(dá)5000K。電極熔化的液滴通過(guò)弧區(qū)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(diǎn)難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮和活性很高的鈦和鋯時(shí)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(jiàn)鑄錠缺陷，使加工性能優(yōu)良。</p><

40、p>　　1.4.2磁控濺射技術(shù)</p><p>　　高熵合金薄膜多采用磁控濺射技術(shù)制備。其工作原理：電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。</p><p>　　磁控濺射的特點(diǎn)是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜

41、。應(yīng)用磁控濺射方法成功制備了多主元高功能合金鍍膜，近期印度應(yīng)用機(jī)械合金化法制備了AlFeNiCrZnCu 高熵合金。</p><p>　　1.4.3機(jī)械合金化技術(shù)</p><p>　　機(jī)械合金化是一個(gè)通過(guò)高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程。在高熵合金的研究中。一般利用機(jī)械合金化方法來(lái)制備納米尺度合金分體材料。或進(jìn)而采用粉末冶金法制備塊體

42、材料。</p><p>　　1.4.4熱噴涂技術(shù)</p><p>　　熱噴涂技術(shù)是一種將噴涂材料送入某種熱源中熔化、并利用高速氣流將其噴射到基體表面，進(jìn)而形成涂層的工藝。利用熱噴涂技術(shù)將高熵合金材料涂覆在基板上，將改善其耐磨性，耐腐蝕性。</p><p>　　1.5高熵合金的應(yīng)用</p><p>　　高熵合金不同于傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念為新型合金

43、打開(kāi)了一扇新的大門，是通向另外一個(gè)合金世界的窗口。高熵合金所具有的結(jié)構(gòu)特性和性能特性使其具有廣闊的應(yīng)用前景。利用高熵合金較高的硬度和耐磨性，可制作高速切削用刀具、各類工、模具及高爾夫球頭 ；高熵合金良好的耐火性使其可作為渦輪葉片、焊接材料、熱交換器超高大樓的耐火骨架和航空航天材料；良好的耐蝕性及高強(qiáng)度使其可作為化學(xué)工程及船舶材料 ；而磁學(xué)性能可使高熵合金應(yīng)用于電子通訊領(lǐng)域如高頻變壓器、馬達(dá)的磁芯、磁屏蔽、磁頭、磁盤、磁光盤、高頻軟磁薄膜

44、之中。高熵合金具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，但其組織結(jié)構(gòu)及性能還需要更為系統(tǒng)的研究，相信在不久的將來(lái)，高熵合金將為社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。[22]</p><p>　　(1)高速切削用刀具</p><p>　　高熵合金具有較高的硬度和耐磨性。多數(shù)高熵合金的鑄態(tài)組織硬度為 600 ～900HV，相當(dāng)于或者大于碳鋼及合金碳鋼的完全淬火硬化后的硬度；改變合金元素的含量，還可進(jìn)一步提高合金

45、的硬度。而且高熵合金還通常表現(xiàn)出很高的耐熱性，例如，Al0.3CoCrFeNiC0.1高熵合金在 700 ～1000℃時(shí)效處理72h后，合金硬度非但沒(méi)有下降，反而有不同程度的提升。普通高速鋼，如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2的有效切削加工溫度在600℃以內(nèi)，溫度再高，刀具會(huì)明顯鈍化。此外，高速鋼刃具在獲得高硬度、高耐磨性的同時(shí)，犧牲了鋼材的塑性、韌性。鋼材塑性、韌性較差，則刀具常常出現(xiàn)折斷、崩刃等失效形式。</p>

46、<p>　　而高熵合金在獲得高硬度的同時(shí)，具有較好的塑性、韌性。例如，F(xiàn)eCoNiCrCuAl0.5經(jīng)50%壓下率冷壓（即冷壓合金時(shí)的塑性變形量達(dá)到50％）后，非但沒(méi)有出現(xiàn)任何裂紋，反而在枝晶內(nèi)部出現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)，大小約數(shù)納米到數(shù)十納米，合金硬度得到進(jìn)一步提升 ；AlCoCrFeNiTi1.5在32%以內(nèi)的壓下率內(nèi)冷壓，也表現(xiàn)出非常好的延展性。這么大比例的壓下率，對(duì)于高速鋼來(lái)說(shuō)是不可想象的。故而高熵合金應(yīng)用于高速切削刀具的制造具

47、有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，磁控濺射法制備高熵合金鍍膜的成功，可以在普通鋼制刀具表面鍍上一層高熵合金薄膜，鍍膜厚度在 2.5μm以內(nèi)。這樣一來(lái)，既可以獲得良好的切削加工性能，又能節(jié)約成本。</p><p><b>　　(2)各類工、模具</b></p><p>　　高熵合金具有高硬度、高耐磨性、高強(qiáng)度及優(yōu)良的耐高溫性能、耐蝕性，使之非常適合制備各類工、模具，尤其是擠壓模和塑料

48、模。例如，AlCoCrFeNiTi1.5的抗壓強(qiáng)度高達(dá)2.22GPa，含有Cr或Al的高熵合金具有高達(dá)1100℃的優(yōu)異抗氧化性能。普通模具鋼則無(wú)法兼顧耐磨性、耐蝕性、耐高溫性及良好的塑性。</p><p><b>　　(3)高爾夫球頭</b></p><p>　　高硬度、高耐磨性和較低的彈性模量，使高熵合金非常適合制作高爾夫球頭打擊面。高熵合金制成的高爾夫球頭，可以在

49、保證球頭打擊面具有較長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)，將球擊打得更遠(yuǎn)，從而提升產(chǎn)品檔次，增加產(chǎn)品附加值。</p><p>　　(4)超高大樓的耐火骨架</p><p>　　美國(guó)“9·11”事件中，雙塔的整體坍塌很大程度上是因?yàn)榇髽枪羌茕摻钍軣岷髲?qiáng)度急劇下降，從而無(wú)法負(fù)荷大樓重量所致。隨著土地資源的緊缺，國(guó)內(nèi)外修建超高大樓的案例將越來(lái)越多，因而超高大樓的耐火安全性正引起人們?cè)絹?lái)越多的重視。高熵合金

50、具有極高的抗壓強(qiáng)度和優(yōu)良的耐高溫性能，用做超高大樓的耐火骨架，可以使大樓在發(fā)生意外火災(zāi)而導(dǎo)致樓體溫度較高時(shí)保持原有的承重能力，保證大樓的安全，減少人員和財(cái)產(chǎn)的損失。</p><p>　　(5)化學(xué)工程、船舶的耐蝕高強(qiáng)度材料</p><p>　　高熵合金的耐蝕性優(yōu)異。室溫條件下，高熵合金Cu0.5NiAlCoCrFeSi在 1mol/L的NaCl和0.5mol/L的H2SO4溶液中的耐蝕性比

51、304不銹鋼還要好；CuAlNiCrTiSi合金在5%的HCl溶液中比304不銹鋼更加耐蝕，在10%的NaOH溶液中也遠(yuǎn)比A309鋁合金耐蝕。因此，高熵合金可廣泛用于耐高壓、耐腐蝕化工容器及船舶上的高強(qiáng)度耐蝕件。</p><p><b>　　(6)渦輪葉片</b></p><p>　　高熵合金良好的塑性使其易于制成渦輪葉片，而其優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、高加工硬化率及耐高

52、溫性能，可保證渦輪葉片長(zhǎng)期、穩(wěn)定地工作，提高服役安全性，減少葉片的磨損、腐蝕失效。</p><p>　　(7)電子器件、通訊領(lǐng)域</p><p>　　高熵合金具有軟磁性及高電阻率，因而在高頻通訊器件中有很大的應(yīng)用潛力。可用以制作高頻變壓器、馬達(dá)的磁芯、磁屏蔽、磁頭、磁碟、磁光碟、高頻軟磁薄膜以及喇叭等。</p><p><b>　　(8)其它</b&

53、gt;</p><p>　　高熵合金集眾多優(yōu)異性能于一身，可以應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域非常廣闊。除了上面提到的領(lǐng)域外，高熵合金還可用作焊接材料、熱交換器及高溫爐的材料等。高熵合金的非晶形成能力較強(qiáng)，某些高熵合金能在鑄態(tài)組織中形成非晶相。而傳統(tǒng)合金要獲得非晶組織，需要極大的冷卻速度將液態(tài)原子無(wú)規(guī)則分布的組織保留到室溫。非晶態(tài)金屬的研究是近年來(lái)才興起的，由于結(jié)構(gòu)中無(wú)位錯(cuò)，具有很高的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐蝕性及特殊的磁學(xué)性能

54、等，應(yīng)用也極為廣泛。制備非晶態(tài)高熵合金無(wú)疑將進(jìn)一步擴(kuò)大高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　1.6高熵合金的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高熵合金的研究，主要集中在制備方法的研究，并且針對(duì)具體合金系，研究元素含量對(duì)合金組織、性能的影響。研究對(duì)象主要是在Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn等元素中選配的5-8元合金；所研究的性能主要是常規(guī)力學(xué)性能，如硬

55、度、抗壓強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等，其它性能研究相對(duì)較少，數(shù)據(jù)不多。微觀機(jī)理方面的研究尚未真正展開(kāi)，僅清華大學(xué)和北京科技大學(xué)的學(xué)者做了少量探索。從研究成果來(lái)看，目前還是臺(tái)灣清華大學(xué)的研究處于領(lǐng)先地位，已有多項(xiàng)發(fā)明專利。[2]</p><p>　　高熵合金的應(yīng)用潛力巨大，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。但是，高熵合金的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)基本還處于試驗(yàn)室階段，尚未真正進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。這一方面是因?yàn)樵擃I(lǐng)域的相關(guān)研究剛剛起步，很多人

56、對(duì)此類合金還不了解；另一方面是有關(guān)此類合金的數(shù)據(jù)非常少，數(shù)據(jù)重復(fù)性不夠高。</p><p>　　目前文獻(xiàn)所報(bào)道的用于實(shí)驗(yàn)研究的高熵合金，無(wú)論采用哪種方法制備，試樣都很小，一般只有幾十克。因此，排除儀器誤差之外，配制合金時(shí)稱量原材料的微小誤差、制備過(guò)程中的少量原材料損耗、所用原材料的純度不同，都可能導(dǎo)致實(shí)際所得合金成分偏離設(shè)計(jì)成分較遠(yuǎn)。高熵合金的組織、性能特點(diǎn)是由其高混合熵所決定的，等摩爾比合金的混合熵高于非等摩爾

57、比合金的混合熵，且合金的組織與性能可能對(duì)某些元素較為敏感。因此，要使高熵合金的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真正應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域，還需提高配樣精度，提高數(shù)據(jù)的重復(fù)再現(xiàn)性。對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示性能優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)性良好的高熵合金，可以熔制大塊試樣，再檢測(cè)相應(yīng)的性能，獲得真正可以用到實(shí)際生產(chǎn)的參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)僅有的幾個(gè)已獲批準(zhǔn)的高熵合金相關(guān)的專利，是制備方法方面的，所獲得的高熵合金同樣存在試樣較小的問(wèn)題。</p>

58、<p><b>　　1.7涂層技術(shù)</b></p><p>　　1.7.1涂層技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　涂層是涂料一次施涂所得到的固態(tài)連續(xù)膜，是為了防護(hù)，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，通常根據(jù)需要噴涂的基質(zhì)決定涂料的種類和狀態(tài)。[8]</p><p>　　依據(jù)所用涂料的種

59、類而有不同的稱呼，如底漆的涂層稱為底漆層，面漆的涂層稱為面漆層。一般涂料所得涂層較薄，約在20-50微米，厚漿型涂料則一次可得厚達(dá)1毫米以上的涂層。</p><p>　　1.7.2涂層技術(shù)應(yīng)用</p><p><b>　?。?）蒙皮涂層</b></p><p>　　能防護(hù)鋁合金不受高速飛行時(shí)風(fēng)沙和雨水沖蝕，不受海水和航空燃料的腐蝕并能改善空氣動(dòng)

60、力學(xué)性能。涂層應(yīng)經(jīng)得住 200°C左右瞬間溫度變化和強(qiáng)烈的日光輻照。飛機(jī)體積很大，烘烤條件受到限制，必須選用自干固化涂料，如丙烯酸或聚氨酯涂料。</p><p><b>　?。?）發(fā)動(dòng)機(jī)涂層</b></p><p>　　整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，從風(fēng)扇到尾噴管的主要部件無(wú)不使用涂層。發(fā)動(dòng)機(jī)涂層按用途分為抗氧化耐腐蝕涂層、隔熱涂層、耐磨涂層和封嚴(yán)涂層。</p>

61、<p>　?、倏寡趸透g涂層：早期發(fā)動(dòng)機(jī)因工作時(shí)間短而高溫合金又含有足夠的鉻、本身能抗氧化，所以不施加涂層。然而，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的延長(zhǎng)和溫度的提高，以及高溫鎳基合金中鉻含量降到原有的50%，已不能抵抗高溫氧化和熱腐蝕，需要涂層防護(hù)。高溫氧化和熱腐蝕是渦輪葉片損壞的主要原因,可使工作壽命縮短到300小時(shí)。涂覆涂層后高溫部件工作壽命可延長(zhǎng)2～3倍。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子葉片使用含鋁磷(鉻)酸鹽涂層保護(hù)。燃燒室既可使用高溫搪瓷又可涂覆

62、含鋁磷(鉻)酸鹽涂層。渦輪轉(zhuǎn)子和靜子葉片多用加有鉻、鈦、硅、釔等改性元素的鋁化物擴(kuò)散涂層或擴(kuò)散障涂層。加力燃燒室使用高溫搪瓷或陶瓷涂層。 發(fā)展中的金屬-鉻-鋁-釔包覆涂層的使用壽命比擴(kuò)散涂層增加一倍以上，使用溫度達(dá)1100°C。這種涂層常與氧化鋯基隔熱涂層組合使用，可降低溫度50～100°C。</p><p>　?、谀湍ネ繉樱河绊懓l(fā)動(dòng)機(jī)壽命的另一個(gè)因素是高溫磨損，包括撞擊磨損和微振磨損。爆炸噴

63、涂或等離子噴涂碳化鎢-鈷、碳化鉻-鎳鉻涂層最為有效。涂覆后，零件的耐磨損壽命可延長(zhǎng)7～100倍，已在大型運(yùn)輸機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛使用。</p><p>　?、鄯鈬?yán)涂層：涂覆在發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道的間隙部分。渦輪的徑向間隙每增大0.13毫米，發(fā)動(dòng)機(jī)單位耗油量約增加0.5%；反之,減少0.25毫米,渦輪效率提高1%。另外，減少壓氣機(jī)的徑向間隙還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的抗喘振能力，從而改善飛行安全性。常用的封嚴(yán)涂層要求硬度適中,既有強(qiáng)度

64、又便于刮削?；弁繉雍玩?石墨涂層已獲應(yīng)用。正在研制中的氧化鋯涂層能承受1300°C的高溫。</p><p><b>　?。?）硬質(zhì)合金涂層</b></p><p>　　在切削加工中，刀具性能對(duì)切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。硬質(zhì)合金刀具性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)—硬度和強(qiáng)度之間總存著矛盾，硬度高的材料強(qiáng)度低，而提高強(qiáng)度往往是以硬度的降低為代價(jià)。為

65、了解決硬質(zhì)合金材料中存在的這種矛盾，更好地提高刀具的切削性能，比較有效的一種方法是采用各種涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上涂覆上一層或多層高硬度、高耐磨損性能的材料。硬質(zhì)合金刀具表面上的涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了硬質(zhì)合金刀具的月牙洼磨損，可以顯著地提高加工效率、提高加工精度、延長(zhǎng)刀具使用壽命、降低加工成本。</p><p><b>　?。?）刀具涂層</b></p><

66、p>　　刀具涂層技術(shù)通?？煞譃榛瘜W(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)和物理氣相沉積（PVD）技術(shù)兩大類。①CVD技術(shù)的發(fā)展　　二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，CVD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具的表面處理。由于CVD工藝氣相沉積所需金屬源的制備相對(duì)容易，可實(shí)現(xiàn)TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等單層及多元多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高，薄膜厚度可達(dá)7～9μm，因此到八十年代中后期，美國(guó)已有85%的硬質(zhì)合金工具采

67、用了表面涂層處理，其中CVD涂層占到99%；到九十年代中期，CVD涂層硬質(zhì)合金刀片在涂層硬質(zhì)合金刀具中仍占80%以上?！　”M管CVD涂層具有很好的耐磨性，但CVD工藝亦有其先天缺陷：一是工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強(qiáng)度下降；二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時(shí)產(chǎn)生微裂紋；三是CVD工藝排放的廢氣、廢液會(huì)造成較大環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造觀念相抵觸，因此自九十年代中期以來(lái)，高溫CVD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到一定制約。&l

68、t;/p><p>　　②PVD技術(shù)的發(fā)展　　PVD技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末，由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。由于采用PVD工藝可大幅度提高高速鋼刀具的切削性能，所以該技術(shù)自八十年代以來(lái)得到了迅速推廣，至八十年代末，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高速鋼復(fù)雜刀具的PVD涂層比例已超過(guò)60%。　　PVD技術(shù)在高速鋼刀具領(lǐng)域的成功應(yīng)用引起了世界各國(guó)制造業(yè)的高度重視，人們?cè)诟?jìng)相開(kāi)發(fā)高

69、性能、高可靠性涂層設(shè)備的同時(shí)，也對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展尤其是在硬質(zhì)合金、陶瓷類刀具中的應(yīng)用進(jìn)行了更加深入的研究。研究結(jié)果表明：與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下時(shí)對(duì)刀具材料的抗彎強(qiáng)度無(wú)影響；薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對(duì)硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層；PVD工藝對(duì)環(huán)境無(wú)不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。隨著高速切削加工時(shí)代的到來(lái)，高速鋼刀具應(yīng)用比例逐漸下降、硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具應(yīng)用比例上升已成必然趨勢(shì)，因此，工業(yè)發(fā)

70、達(dá)國(guó)家自九十年代初就開(kāi)始致力于硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術(shù)的研究，至九十年代中期取得了突破性進(jìn)展，PVD涂層技術(shù)已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸</p><p><b>　　1.8高熵合金涂層</b></p><p>　　大量研究表明，高熵合金涂層具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐回火軟化、高耐磨性、高抗氧化性和耐腐蝕等優(yōu)異性質(zhì)，在工具、刀具、模具應(yīng)用方面展現(xiàn)

71、出很大潛力。</p><p>　　高熵合金涂層主要有以下三種：金屬涂層，化合物涂層，復(fù)合涂層。</p><p>　　高熵合金涂層的制備仍沿用傳統(tǒng)方法，其中熔覆和磁控濺射是報(bào)道最多的方法。高熵合金涂層展現(xiàn)出區(qū)別于傳統(tǒng)涂層的優(yōu)異性質(zhì)，尤其在硬度，耐磨性，高溫穩(wěn)定性方面有突出表現(xiàn)，有取代傳統(tǒng)涂層的趨勢(shì)。同時(shí)，也應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到，高熵合金涂層的研究離真正意義的工業(yè)應(yīng)用還有很大差距。</p>

72、;<p>　　目前報(bào)道的高熵合金涂層體系只有幾十種，主要為五元和六元合金，涉及的金屬元素只有10余種。高熵合金涂層所用的基片材料還很局限，大都是碳鋼和硅片。高熵合金涂層的體系選擇，功能化設(shè)計(jì)，精確控制，性能優(yōu)化和機(jī)理研究等方面仍需大量的工作。沿用傳統(tǒng)的硬質(zhì)薄膜理論，設(shè)計(jì)研發(fā)新的高熵合金涂層仍是今后一段時(shí)間的工作重點(diǎn)。</p><p>　　2熔滲高熵合金試樣的制備</p><p&g

73、t;<b>　　2.1配置高熵合金</b></p><p>　　配置八組元高熵合金粉末（Al:Cr:Co:Fe:Ni:Mo:Ti:Si=1:1: 1:1: 1:1:0.75:0.25）</p><p>　　配置五組元高熵合金粉末（Al:Cr:Co:Fe:Ni =1:1: 1:1: 1）</p><p>　　嚴(yán)格按照摩爾比例稱重配置，之后將粉末混

74、合倒入容器，用振篩機(jī)充分?jǐn)嚢琛?lt;/p><p><b>　　2.2粘結(jié)劑的配置</b></p><p>　　第一步，將松香打碎。</p><p>　　第二步，按照松香和松節(jié)油1:3的比例稱重、量取。</p><p>　　第三步，松香與松節(jié)油一起倒入燒瓶攪拌，直至里面不出現(xiàn)大塊的黃色粘結(jié)物質(zhì)。</p><

75、;p>　　第四步，靜置，使松節(jié)油變?yōu)槿闈嵋骸?lt;/p><p>　　2.3熔滲高熵合金試樣的制備</p><p>　　第一步，用粗砂紙打磨基體表面，直至表面無(wú)金屬銹跡</p><p>　　第二步，用細(xì)砂紙打磨基體表面，直至表面光亮，且沒(méi)有大的劃痕</p><p>　　第三步，將打磨好的基體放入煤油中清洗，再用電吹風(fēng)吹干</p>

76、<p>　　第四步，將高熵合金粉末和粘結(jié)劑混合均勻后調(diào)成牙膏狀，均勻的涂抹在基體材料的表面</p><p>　　第五步，將處理好的試樣放入加熱爐中加熱（溫度控制在100度），烘干8小時(shí)</p><p>　　2.4高熵合金試樣制備使用儀器</p><p>　　大燒杯，玻璃棒，電子天平，膠頭滴管，小燒瓶，目數(shù)為180單位與目數(shù)為1000單位的砂紙，烘干爐&

77、lt;/p><p>　　3基體熔滲高熵合金工藝及組織研究</p><p>　　3.1基體材料成分、組織、性能介紹</p><p>　　3.1.1灰鑄鐵基體成分簡(jiǎn)介</p><p>　　灰鑄鐵是指具有片狀石墨的鑄鐵，主要成分是鐵、碳、硅、錳、硫、磷，是應(yīng)用最廣的鑄鐵。</p><p>　　灰鑄鐵碳量較高（為2.7%-4.0%

78、），可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類：鐵素體基體灰鑄鐵；珠光體一鐵素體基體灰鑄鐵；珠光體基體灰鑄鐵。</p><p>　　鐵素體灰鑄鐵是在鐵素體的基體上分布著多而粗大的石墨片，其強(qiáng)度、硬度差，很少應(yīng)用。</p><p>　　珠光體灰鑄鐵是在珠光體的基體上分布著均勻、細(xì)小的石墨片，其強(qiáng)度、硬度相對(duì)較高，常用于制造床身、機(jī)體等重要件。</p><

79、p>　　珠光體—鐵素體灰鑄鐵是在珠光體和鐵素體混合的基體上，分布著較為粗大的石墨片，此種鑄鐵的強(qiáng)度、硬度盡管比前者低，但仍可滿足一般機(jī)體要求，其鑄造性、減震性均佳，且便于熔煉，是應(yīng)用最廣的灰鑄鐵。</p><p>　　灰鑄鐵顯微組織的不同，實(shí)質(zhì)上是碳在鑄鐵中存在形式的不同?；诣T鐵中的碳有化合碳（Fe3C)和石墨碳所組成?；咸紴?.8%時(shí)，屬珠光體灰鑄鐵；化合碳小于0.8%時(shí)，屬珠光體—鐵素體灰鑄鐵；全部碳

80、都以石墨狀態(tài)存在時(shí)，則為鐵素體灰鑄鐵。</p><p>　　3.1.2灰鑄鐵性能簡(jiǎn)介</p><p>　　灰鑄鐵具有良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。</p><p>　　灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼

81、，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來(lái)制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。</p><p>　　3.1.3基體材料的顯微組織</p

82、><p>　　圖3.1 20鋼基體 圖3.2 45鋼基體</p><p>　　圖3.3 灰鑄鐵基體 圖3.4 T8鋼基體</p><p>　　為了更好的比較不同基體的顯微組織，取4種典型的基體金相顯微試樣作對(duì)比。圖3.1，為20鋼基體金相顯微試樣；圖3

83、.2，為45鋼基體金相顯微試樣；圖3.3，為灰鑄鐵基體金相顯微試樣；圖3.4，為T8鋼基體金相顯微試樣。放大倍數(shù)為280倍，下面的標(biāo)尺一小格為1微米。</p><p>　　3.2熱處理爐加熱熔滲高熵合金工藝</p><p>　　第一步，將制備好的五組元熔滲高熵合金試樣用小型真空熱處理爐加熱，加熱至1300度，保溫30分鐘。</p><p>　　第二步，將處理好試件從

84、爐中取出，發(fā)現(xiàn)有許多失敗試樣。</p><p>　　第三步，將成功的試樣分類并打磨，直至表面“十分光亮”。</p><p>　　第四步，將試件放置在拋光機(jī)上打磨拋光，直至表面沒(méi)有劃痕。</p><p>　　第五步，用4%的硝酸乙醇反復(fù)擦拭試件表面，直至試件表面呈現(xiàn)淡灰色（即不再光亮），表示腐蝕成功。</p><p>　　第六步，將處理好的試件

85、放在顯微鏡下觀察。</p><p>　　在此次加熱后，許多試件出現(xiàn)爆裂，融化等現(xiàn)象，灰鑄鐵試樣實(shí)驗(yàn)失敗。為此，研究了另外兩種成功的試樣。</p><p>　　圖3.5 65Mn基體 圖3.6 65Mn基體（熱處理爐加熱）</p><p>　　如左圖（圖3.5），為65Mn基體金相顯微圖，右圖（圖3.6），為65Mn基

86、體經(jīng)熱處理爐加熱后金相顯微圖。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。</p><p>　　圖3.7 球墨鑄鐵基體 圖3.8 球墨鑄鐵基體（熱處理爐加熱）</p><p>　　如左圖（圖3.7），為球墨鑄鐵基體金相顯微圖，右圖（圖3.8），為球墨鑄鐵基體經(jīng)熱處理爐加熱后金相顯微圖。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。</p><

87、p>　　65Mn的原始組織為：先析鐵素體和珠光體；65Mn經(jīng)過(guò)熱處理爐加熱熔滲高熵合金后的組織發(fā)生了一些變化，其基體組織仍然是先析鐵素體和珠光體，但在基體組織上分布有顆粒狀金屬化合物，見(jiàn)圖3.6。顆粒狀金屬化合物的存在說(shuō)明：（1）經(jīng)過(guò)加熱熔滲工藝后，在65Mn基材的表面有高熵合金熔入。（2）高熵合金熔滲層在基體表面分布不夠均勻。</p><p>　　造成高熵合金在基體表面熔滲層分布不均的原因有以下幾點(diǎn)：（1

88、）高熵合金的組元中Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti等都是高熔點(diǎn)組元，在此溫度下的加熱過(guò)程中原子的擴(kuò)散能力較差，和基體的的結(jié)合能力較弱，所以熔滲層較薄。（2）高熵合金粉末混合的不夠均勻，導(dǎo)致試樣表面高熵合金涂層的分布也不均勻，影響了熔滲層分布的均勻性。</p><p>　　3.3感應(yīng)加熱熔滲高熵合金工藝</p><p>　　感應(yīng)加熱用的是感應(yīng)加熱器進(jìn)行高溫加熱，溫度大約在1130度，加熱1

89、0分鐘。</p><p>　　3.3.1感應(yīng)加熱器原理</p><p>　　感應(yīng)加熱器（如圖3.9）又叫感應(yīng)加熱電源，也稱作感應(yīng)加熱設(shè)備，是所有被加熱工工件涉及感應(yīng)加熱的統(tǒng)稱既包括：感應(yīng)加熱電源，感應(yīng)加熱設(shè)備，軸承加熱器、軸承感應(yīng)加熱器，也包括工業(yè)管道預(yù)熱后熱，蒸發(fā)鍍膜，紫銅釬焊所使用的感應(yīng)加熱電源，其基本工作原理是利用交變的電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，這個(gè)交變的磁場(chǎng)使其中的金屬導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生渦流,

90、從而使金屬工件迅速發(fā)熱，一般而言加熱的效果，有頻率，電流，磁場(chǎng)共同決定。</p><p>　　在感應(yīng)加熱的過(guò)程中，溫度升高的只是被加熱工件的金屬部分，感應(yīng)加熱器本身也會(huì)有熱量，大多感應(yīng)器使用工作中需通冷卻水降溫，被加熱工件的非金屬部分并不發(fā)熱。</p><p>　　圖 3.9 感應(yīng)加熱器</p><p>　　3.3.2感應(yīng)加熱器特點(diǎn)</p><

91、p>　　首先，感應(yīng)加熱是一種先進(jìn)的加熱技術(shù)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）感應(yīng)式加熱對(duì)工件不需要整體加熱，可以選擇性地對(duì)局部進(jìn)行加熱，從而可以達(dá)到電能消耗少的目的，而且工件變形不明顯。</p><p>　?。?）加熱速度快，可以使工件在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的溫度，甚至可以在1秒以內(nèi)。從而使工件的表面氧化和脫碳都比較輕微，大多數(shù)工件都無(wú)須氣體保護(hù)。</p>

92、<p>　?。?）可以根據(jù)需要通過(guò)調(diào)整設(shè)備的工作頻率和功率，對(duì)表面淬硬層進(jìn)行調(diào)控。從而使淬硬層的馬氏體組織較細(xì)，硬度、強(qiáng)度和韌性都比較高。</p><p>　?。?）經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱方式熱處理后的工件，表面硬層下有較厚的韌性區(qū)域，具有較好的壓縮內(nèi)應(yīng)力，使得工件的抗疲勞和破斷能力都更高。</p><p>　?。?）加熱設(shè)備便于安裝在生產(chǎn)線上，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，便于管理，可有效地減

93、少運(yùn)輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　（6）可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。既可完成淬火、退火、回火、正火、調(diào)質(zhì)等熱處理工藝，又可完成焊接、熔煉、熱裝配、熱拆卸及透熱成形等工作。</p><p>　?。?）使用方便、操作簡(jiǎn)單、可隨時(shí)開(kāi)啟或停止。而且無(wú)須預(yù)熱。</p><p>　?。?）即可手動(dòng)操作，也可半自動(dòng)和全自動(dòng)操作；即可長(zhǎng)時(shí)間地連繼工作，亦可即用即停隨機(jī)使用

94、。有利于設(shè)備在供電低谷電價(jià)優(yōu)惠期的使用。</p><p>　　（9）電能利用率高，環(huán)保節(jié)能，安全可靠，工人工作條件好，國(guó)家提倡，等等。</p><p>　　與此同時(shí)，感應(yīng)加熱也有一些缺點(diǎn)：</p><p>　?。?）設(shè)備比較復(fù)雜。</p><p>　　（2）一次需要投入的成本相對(duì)比較高。</p><p>　?。?）感應(yīng)

95、部件（感應(yīng)圈）互換性和適應(yīng)性較差。</p><p>　?。?）不宜于在一些形狀復(fù)雜的工件上應(yīng)用。</p><p>　　3.3.3八組元感應(yīng)加熱熔滲效果</p><p>　　圖3.10 45鋼基體 圖3.11 45鋼基體（八組元感應(yīng)加熱）</p><p>　　如左圖（圖3.10），為45鋼基體金相顯微圖

96、，右圖（圖3.11），為45鋼基體八組元高熵合金熔滲感應(yīng)加熱后的金相顯微圖。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。</p><p>　　3.3.4五組元感應(yīng)加熱熔滲效果</p><p>　　圖3.12 T8鋼基體 圖3.13 T8鋼基體（五組元感應(yīng)加熱） </p><p&g

97、t;　　左圖（圖3.12），為T8鋼基體金相顯微圖，右圖（圖3.13）為T8鋼基體五組元高熵合金熔滲感應(yīng)加熱后的金相顯微圖。圖中放大280倍，標(biāo)尺一小格為1微米。</p><p>　　3.4基體熔滲高熵合金工藝研究使用儀器</p><p>　　研究基體熔滲高熵合金工藝時(shí)，還要使用兩種重要儀器：金相拋光機(jī)和三目倒置金相顯微鏡。</p><p>　　3.4.1金相拋光機(jī)

98、</p><p>　　在前面用砂紙打磨的基礎(chǔ)上，為了使試樣表面更加光亮，在顯微鏡下更好的觀察，就必須進(jìn)行拋光這道工序，金相拋光機(jī)就是必不可少。</p><p>　　金相拋光機(jī)（如圖3.14），顧名思義，就是把一些試樣的表面的毛精糙部分，清理掉，以達(dá)到鏡面效果。</p><p>　　在使用拋光機(jī)之前，先按照綠碳化硅與水的比例為1:20來(lái)配置拋光液，放入大燒杯攪拌，直至

99、成為懸濁液，以便在拋光時(shí)一邊加水，一邊加拋光液。</p><p>　　為了是拋光效果更好，還需要在試樣表面涂抹綠色拋光膏。</p><p>　　拋光機(jī)拋光時(shí)，試樣磨面與拋光盤應(yīng)絕對(duì)平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。</p><p>　　在拋光時(shí)，還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來(lái)回移動(dòng)，以避免拋光織物局部磨損太快。</p>

100、;<p>　　在拋光過(guò)程中要不斷添加拋光液不斷加水，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會(huì)減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時(shí)，由于摩擦生熱會(huì)使試樣升溫，潤(rùn)滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，試件表面會(huì)出現(xiàn)發(fā)黃的現(xiàn)像。</p><p>　　圖3.14 金相拋光機(jī)</p><p>　　3.4.2三目倒置金相顯微

101、鏡</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試件往往會(huì)出現(xiàn)劃痕，影響觀察結(jié)果，為了得到更加準(zhǔn)確，更加清晰的金相照片，需要不斷重復(fù)拋光，打磨，腐蝕這三步程序，然后在普通顯微鏡下觀察金相顯微組織，直到清晰為止。最后，要拍下這些金相顯微照片三目倒置金相顯微鏡就是必不可少的了。 </p><p>　　圖3.15 三目倒置金相顯微鏡</p><p>　　我們所用的顯微鏡為三目

102、倒置金相顯微鏡 XJP-6A（如圖3.15），做實(shí)驗(yàn)時(shí)物鏡放大倍數(shù)都是40倍，目鏡12.5倍，在視野中找到圖像以后，將右方的拉桿拉開(kāi)，前面裝上單反相機(jī)進(jìn)行拍攝，主要用到兩個(gè)放大倍數(shù)，200倍跟280倍，這兩個(gè)放大倍數(shù)拍出來(lái)的金相照片效果最好。</p><p>　　三目倒置金相顯微鏡 XJP-6A:用于鑒別和分析各種金屬和合金材料的組合結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在工廠或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行鑄件質(zhì)量的鑒定；原材料的檢驗(yàn)或材料處理后的金相組

103、織分析；以及對(duì)表面噴涂等一些表面現(xiàn)象進(jìn)行研究工作。它是鋼鐵、有色金屬材料、鑄件、鍍層的金相分析；地質(zhì)學(xué)的巖相分析；以及工業(yè)領(lǐng)域?qū)衔?、陶瓷等進(jìn)行微觀研究的有效手段，是金屬學(xué)和材料學(xué)研究材料組織結(jié)構(gòu)的必備儀器，也廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)和教學(xué)等領(lǐng)域。</p><p>　　三目倒置金相顯微鏡 XJP-6A特點(diǎn)：</p><p>　?。?）優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確保視場(chǎng)寬闊、平坦、清晰。</p&

104、gt;<p>　?。?）應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)合理、可靠、操作十分方便、輕松。</p><p>　　（3）高襯度物鏡能提高低反射面物體的襯度。</p><p>　?。?）雙目觀察可與攝影、攝像同步進(jìn)行。</p><p>　?。?）偏振光學(xué)附件對(duì)金相組織、晶粉及夾雜物分析極為清晰。</p><p>　　4基體熔滲高熵合金力學(xué)

105、性能研究</p><p>　　4.1基體熔滲高熵合金力學(xué)性能研究使用儀器</p><p>　　為了進(jìn)行基體熔滲高熵合金力學(xué)性能研究，力學(xué)性能試驗(yàn)也是必不可少的，所以，就要用到維式硬度計(jì)。</p><p>　　圖4.1 維氏硬度計(jì)</p><p>　　HT-1000型維氏硬度計(jì)（如圖4.1），是一臺(tái)機(jī)、光、電一體化的硬度測(cè)試儀器，特別適

106、合金屬薄小試件、脆性材料的顯微硬度檢測(cè)。該硬度測(cè)試儀具有以下特性：采用無(wú)摩擦主軸結(jié)構(gòu)，確保試驗(yàn)力穩(wěn)定，測(cè)試精度高；采用微機(jī)技術(shù)、角位移傳感技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程、硬度值顯示自動(dòng)化；運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、CCD圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)壓痕捕捉、處理、測(cè)試、數(shù)據(jù)打印自動(dòng)化；高精度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，精密坐標(biāo)試臺(tái)；可選配努氏壓頭進(jìn)行努氏硬度試驗(yàn)；精度符合GB/T4340.2, ISO6507-2和美國(guó)ASTM E384。</p><p

107、>　　4.1.1維氏硬度計(jì)用途</p><p>　　維氏硬度試驗(yàn)主要用于材料研究和科學(xué)試驗(yàn)方面小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)主要用于測(cè)試小型精密零件的硬度，表面硬化層硬度和有效硬化層深度，鍍層的表面硬度，薄片材料和細(xì)線材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于試驗(yàn)力很小，壓痕也很小，試樣外觀和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬氏試驗(yàn)主要用于金屬學(xué)和金相學(xué)研究。用于測(cè)定金屬組織中各組成相的硬度，用于研究難熔化合物脆

108、性等。顯微維氏硬度試驗(yàn)還用于極小或極薄零件的測(cè)試，零件厚度可薄至3μm。</p><p>　　廣泛應(yīng)用于測(cè)定微小、薄形試件、表面滲鍍層等試件的顯微硬度和測(cè)定玻璃、陶瓷、瑪瑙、人造寶石等較脆而又硬的材料的努氏硬度，是科研機(jī)構(gòu)、工廠及質(zhì)監(jiān)部門進(jìn)行材料研究和檢測(cè)的理想硬度測(cè)試儀器。適用范圍：熱處理、碳化、淬火硬化層，表面覆層，鋼，有色金屬和微小及薄形零件等。配備努氏壓頭后能測(cè)定玻璃、陶瓷、瑪瑙、人造寶石等較脆而又硬材料

109、的努氏硬度。</p><p>　　4.1.2維氏硬度計(jì)原理</p><p>　　圖4.2 維氏硬度實(shí)驗(yàn)原理示意圖　</p><p>　　如圖4.2，維式硬度計(jì)采用正四棱錐體金剛石壓頭，在試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度。試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。</p><p>　　維氏硬度