fecrnicoalcu非等原子比高熵合金涂层组织和性能研究【字数：15522】
摘 要本课题主要利用电弧熔覆制备FeCrNiCoAlCu系高熵合金涂层。利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪等设备，分析了不同元素含量下FeNiAlCoCu、FeCrAlCoCu、FeCrNiCoCu、FeCrNiAlCu四种高熵合金涂层的物相、显微组织、硬度及耐腐蚀性能。实验结果表明FeCrNiCoAlCu系非等原子比高熵合金涂层随着原子比不断发生变化，产生主要显微结构形态有三种第一种为简单的均匀枝晶结构，枝晶间区多富含铜；第二种为具有花状枝晶与柱状晶相间的结构，具有这种结构FeCrNiCoAlCu系高熵合金涂层多具有组织过渡区；第三种为各种大晶粒组成的复杂相组织，涂层内部会有大量细小晶粒相析出。第四种为具有类马氏体形状晶粒组成的复杂相组织，这种组织往往晶界分明。涂层组织为简单枝晶结构时硬度最高，为花状枝晶结构时次之，为复杂结构相时最差。另外，涂层自身结构与涂层制备工艺参数对所研究的非等原子比高熵合金涂层的硬度具有一定影响。在耐腐蚀性能方面，FeNiAlCoCu系高熵合金涂层耐氯离子腐蚀较差，且高熵合金涂层中含有钝化能力强的元素减少时，高熵合金涂层耐蚀性能降低。
目录
1 绪论 5
1.1引言 5
1.2 多主元高熵合金涂层的定义 6
1.3高熵合金涂层的性能特点 8
1.4 高熵合金涂层的制备工艺 8
1.5高熵合金涂层的研究现状 9
1.6高熵合金涂层的应用前景与问题 11
1.7课题的研究目的及内容 12
1.7.1研究目的 12
1.7.2研究内容 12
2.实验部分 13
2.1实验材料 13
2.1.1基体材料 13
2.1.2 合金元素与含量 13
2.2实验过程 14
2.1.1基体试样制备 14
2.1.2涂层的制备 14
2.3合金涂层组织观察 15
2.4合金涂层性能测试 15
2.5 研究路线 16
3 微观结论分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
17
3.1金相显微组织 17
3.1.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层 17
3.1.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层 19
3.1.3 FeCrNiCoCu系高熵合金涂层 22
3.1.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层 25
4 宏观性能分析 29
4.1 显微硬度分析 29
4.1.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层硬度分析 29
4.1.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层硬度分析 30
4.1.3 FeCrNiColCu系高熵合金涂层硬度分析 30
4.1.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层硬度分析 31
4.2 耐化学腐蚀性能 32
4.2.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 32
4.2.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 32
4.2.3 FeCrNiCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 33
4.2.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 33
结论 34
参考文献 35
致谢 37
1 绪论
1.1引言
随着科技的发展，人们运用材料的科学技术不断进步，从石器时代的木片、石器等天然材料到青铜器时代的陶、青铜等材料，再到之后炼铁和制造技术的发展，人们开始使用铁器，进入21世纪，复合材料应运而生，当前任何高新科技支柱产业的发展都离不开在先进的新兴材料上的开发设计与应用，均一材质的材料往往无法满足人们所需要的性能要求，尤其是对于形形色色的各种金属材料，近年来人们致力于对新型金属材料的制备和性能的先进技术的开发[1]。
如今金属材料的应用十分广泛，几乎遍布所有行业，继续开发金属材料新性能已是迫在眉睫。经过几年来科研人员的不懈努力，金属材料发展进入又一黄金时期，金属材料在提升强度硬度的同时，塑性、韧性以及延展性也相应的提高，从而使得新型金属材料具有优良的综合力学性能和机械稳定性，获得建筑、航天、汽车和其他工程领域普遍关注。金属材料要想突破现有的桎梏，就必需打破传统金属材料的设计理念，传统金属合金的设计理念即采用一种金属元素为主元，通过加入另一种金属元素或非金属元素组成具有金属特性的合金，但这样设计出来的合金往往具有较多的脆性金属间化合物，大大影响了传统金属合金的塑韧性[2]。于是中国台湾学者叶均蔚等提出了新的合金设计理念制备“多元高熵合金”研究发现高熵合金内部原子混乱程度高熵值高且原子不易扩散，使其内部容易形成一些简单的固溶相和纳米结构,甚至非晶结构。其性能优于传统合金，有很大的工业发展潜力和学术研究前景[3]。
高熵合金就有传统合金无法比拟的优良特性，故利用高熵合金理念设计的高熵合金涂层同样具有广泛的应用前景，且高熵合金涂层制备较为容易成本低廉[4]。受高熵合金效应的影响，高熵合金涂层具有很高的强度和硬度，耐磨与耐蚀性优良，耐低温与高温等优异性能。激光熔覆法、磁控溅射法、电化学沉积、电弧喷涂法、电火花沉积、冷喷涂法、电子束蒸发沉积和等离子熔覆法等是高熵合金涂层的目前主要的制备方法[5]。前两种方法设备昂贵复杂但较为常用，电化学沉积设备简单制样成本低，而电弧喷涂法和冷喷涂法创造性的实现了涂层与基体之间良好的冶金结合[6]。
高熵合金涂层作为近年来发展出来的一种新型表面改性技术，是赋予零件表面所没有的性能一种方法，其众多性能如强度、硬度、耐磨性和耐蚀性等都优于传统合金.但我国对高熵合金涂层尚处于初级阶段，还未形成科学、系统的理论体系，后续研究道路还很漫长。
1.2 多主元高熵合金涂层的定义
根据热力学中吉布斯函数公式(G) ，焓(H)、热力学温度(T)和熵(S)之间存在某种关系[7]:
/ (1.1)
目录
1 绪论 5
1.1引言 5
1.2 多主元高熵合金涂层的定义 6
1.3高熵合金涂层的性能特点 8
1.4 高熵合金涂层的制备工艺 8
1.5高熵合金涂层的研究现状 9
1.6高熵合金涂层的应用前景与问题 11
1.7课题的研究目的及内容 12
1.7.1研究目的 12
1.7.2研究内容 12
2.实验部分 13
2.1实验材料 13
2.1.1基体材料 13
2.1.2 合金元素与含量 13
2.2实验过程 14
2.1.1基体试样制备 14
2.1.2涂层的制备 14
2.3合金涂层组织观察 15
2.4合金涂层性能测试 15
2.5 研究路线 16
3 微观结论分析 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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3.1金相显微组织 17
3.1.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层 17
3.1.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层 19
3.1.3 FeCrNiCoCu系高熵合金涂层 22
3.1.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层 25
4 宏观性能分析 29
4.1 显微硬度分析 29
4.1.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层硬度分析 29
4.1.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层硬度分析 30
4.1.3 FeCrNiColCu系高熵合金涂层硬度分析 30
4.1.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层硬度分析 31
4.2 耐化学腐蚀性能 32
4.2.1 FeNiAlCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 32
4.2.2 FeCrAlCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 32
4.2.3 FeCrNiCoCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 33
4.2.4 FeCrNiAlCu系高熵合金涂层耐蚀性分析 33
结论 34
参考文献 35
致谢 37
1 绪论
1.1引言
随着科技的发展，人们运用材料的科学技术不断进步，从石器时代的木片、石器等天然材料到青铜器时代的陶、青铜等材料，再到之后炼铁和制造技术的发展，人们开始使用铁器，进入21世纪，复合材料应运而生，当前任何高新科技支柱产业的发展都离不开在先进的新兴材料上的开发设计与应用，均一材质的材料往往无法满足人们所需要的性能要求，尤其是对于形形色色的各种金属材料，近年来人们致力于对新型金属材料的制备和性能的先进技术的开发[1]。
如今金属材料的应用十分广泛，几乎遍布所有行业，继续开发金属材料新性能已是迫在眉睫。经过几年来科研人员的不懈努力，金属材料发展进入又一黄金时期，金属材料在提升强度硬度的同时，塑性、韧性以及延展性也相应的提高，从而使得新型金属材料具有优良的综合力学性能和机械稳定性，获得建筑、航天、汽车和其他工程领域普遍关注。金属材料要想突破现有的桎梏，就必需打破传统金属材料的设计理念，传统金属合金的设计理念即采用一种金属元素为主元，通过加入另一种金属元素或非金属元素组成具有金属特性的合金，但这样设计出来的合金往往具有较多的脆性金属间化合物，大大影响了传统金属合金的塑韧性[2]。于是中国台湾学者叶均蔚等提出了新的合金设计理念制备“多元高熵合金”研究发现高熵合金内部原子混乱程度高熵值高且原子不易扩散，使其内部容易形成一些简单的固溶相和纳米结构,甚至非晶结构。其性能优于传统合金，有很大的工业发展潜力和学术研究前景[3]。
高熵合金就有传统合金无法比拟的优良特性，故利用高熵合金理念设计的高熵合金涂层同样具有广泛的应用前景，且高熵合金涂层制备较为容易成本低廉[4]。受高熵合金效应的影响，高熵合金涂层具有很高的强度和硬度，耐磨与耐蚀性优良，耐低温与高温等优异性能。激光熔覆法、磁控溅射法、电化学沉积、电弧喷涂法、电火花沉积、冷喷涂法、电子束蒸发沉积和等离子熔覆法等是高熵合金涂层的目前主要的制备方法[5]。前两种方法设备昂贵复杂但较为常用，电化学沉积设备简单制样成本低，而电弧喷涂法和冷喷涂法创造性的实现了涂层与基体之间良好的冶金结合[6]。
高熵合金涂层作为近年来发展出来的一种新型表面改性技术，是赋予零件表面所没有的性能一种方法，其众多性能如强度、硬度、耐磨性和耐蚀性等都优于传统合金.但我国对高熵合金涂层尚处于初级阶段，还未形成科学、系统的理论体系，后续研究道路还很漫长。
1.2 多主元高熵合金涂层的定义
根据热力学中吉布斯函数公式(G) ，焓(H)、热力学温度(T)和熵(S)之间存在某种关系[7]:
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