cocrcu0.5feni(ti，v)x系高熵合金组织与性能研究
摘 要摘 要本文在CoCrCu0.5FeNi的基础上，分别加入Ti或V元素，通过改变Ti或V的摩尔比，配制不同成分的CoCrCu0.5FeNiTix、CoCrCu0.5FeNiVx多组元高熵合金，采用真空电弧炉熔炼制备合金试样。借助SEM、EDS、XRD、压缩实验和硬度测试等分析测试方法，研究了不同Ti或V含量对CoCrCu0.5FeNiTix、CoCrCu0.5FeNiVx多组元高熵合金的微观组织、相结构和力学性能的影响。结果表明，两种合金凝固组织主要由树枝晶和枝晶间组织构成。Ti元素倾向于在枝晶间富集，且随着Ti含量的增加，枝晶间出现了类似魏氏体结构的针状组织以及“花瓣状”的组织。随着V的加入，CoCrCu0.5FeNiVx合金的微观组织中出现了类似“锚状”和“雪花状”组织。FCC相随着Ti和V含量的增加而降低，同时出现了少量具有正交晶体和四方晶体结构的中间相。研究表明，CoCrCu0.5FeNiTi0.5和CoCrCu0.5FeNiV1.0合金具有较优的力学性能。关键词：高熵合金；微观组织；相结构；力学性能目录
第一章 综述 1
1.1 前言 1
1.2 高熵合金形成的热力学与动力学 2
1.3 高熵合金的研究现状 3
1.3.1 AlCoCrCuFeNi系多组元高熵合金 4
1.3.2 AlTiFeNiCuCrx系多组元高熵合金 5
1.3.3 AlFeCuCoNiCrTix系多组元高熵合金 6
1.3.4 AlFeCuCoNiCrTi1.5多主元高熵合金 8
1.4 高熵合金的应用 9
1.5 选题的内容及意义 9
第二章 试验材料和方法 11
2.1 前言 11
2.2 成分设计及实验方案 11
2.2.1 实验成分设计 11
2.2.2 试验材料的制备 13
2.3 试验材料的处理 14
2.4 显微组织与结构分析 15
2.4.1 X射线衍射分析 15
2.4.2 SEM扫描及EDS能谱分析 15
2.5 性能测试 16
2.5.1 硬度测试 16
分设计及实验方案 11
2.2.1 实验成分设计 11
2.2.2 试验材料的制备 13
2.3 试验材料的处理 14
2.4 显微组织与结构分析 15
2.4.1 X射线衍射分析 15
2.4.2 SEM扫描及EDS能谱分析 15
2.5 性能测试 16
2.5.1 硬度测试 16
2.5.2 压缩试验测试 16
第三章 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金的显微组织性能与分析 18
3.1 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金的组织和成分分析 18
3.1.1 CoCrCu0.5FeNi合金的组织和成分分析 18
3.1.2 CoCrCu0.5FeNiTi0.1合金的组织和成分分析 19
3.1.3 CoCrCu0.5FeNiTi0.3合金的组织和成分分析 20
3.1.4 CoCrCu0.5FeNiTi0.5合金的组织和成分分析 21
3.1.5 CoCrCu0.5FeNiTi1.0合金的组织和成分分析 22
3.2 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金相结构分析 23
3.3 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金压缩实验分析 25
3.4 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金维氏硬度分析 27
第四章 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金的显微组织性能与分析 29
4.1 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金的组织和成分分析 29
4.1.1 CoCrCu0.5FeNiV0.3合金的组织和成分分析 29
4.1.2 CoCrCu0.5FeNiV0.5合金的组织和成分分析 30
4.1.3 CoCrCu0.5FeNiV0.8合金的组织和成分分析 31
4.1.4 CoCrCu0.5FeNiV1.0合金的组织和成分分析 32
4.1.5 CoCrCu0.5FeNiV1.2合金的组织和成分分析 33
4.2 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金相结构分析 34
4.3 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金压缩实验分析 35
4.4 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金硬度分析 37
4.5 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金断口分析 39
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
第一章 综述
1.1 前言
随着时代的发展，人们对材料的强度、硬度、耐腐蚀性、耐高温性等等要求越来越高，传统合金体系越来越难以满足现代工艺的发展需求，人们需要一种全新的合金体系来设计能满足未来发展需要的合金。传统合金体系以一种元素作为主要元素，其他元素的含量远低于主元素的含量。次要元素的加入，主要是为了改变合金某方面的要求，如提高强度、改善塑性、增强导电率、提高回火稳定性等。比如钢铁中以铁作为其主要元素，加入C可以增加强度，加入Cr可以提高耐腐蚀性，加入Ni可以增加基体韧性等等。而且传统合金一般以固溶体作为其主要相，用固溶强化、细晶强化、第二相强化，位错强化等方式增加材料的强度。而以金属间化合物为主要相的材料，通常会由两种元素作为其主要元素。根据热力学的知识，人们通常认为，当合金中主要元素的种类变多，将会生成更多的金属间化合物，甚至更复杂的相，这些相可能使材料变脆，难以进行加工和分析。然而，基于20世纪90年代大块非晶合金的开发，有人认为非晶的原子混乱度高或熵高，必然会导致高的玻璃化形成能力，所以有人提出了一个混乱理论[1]。人们实践发现有些高混合熵合金可以形成单相固溶体。基于此，有许多科研工作者投入到了这方面的研究中。高熵合金的观念起源与1995年，所谓高熵合金，强调的就是高熵效应，利用高熵来创造出更多具有应用潜力的合金材料[2]。高熵合金具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化等特性，可以制作成工具、模具、和机器上的零件等等。近年来高熵合金快速发展，与大块金属玻璃、橡胶合金并列为近几十年来合金化理论的三大突破[3]。
为了高熵效应，定义高熵合金的组员数不低于5种[45]，且每个主要元素的原子百分数介于535%。然而，高熵合金具有特有的高熵效应以外，还有缓慢的扩散效应、严重的晶格畸变效应和鸡尾酒效应。传统合金理论认为：合金组员数越多，会产生大量的复杂相及金属间化合物，而使其微观结构变得相当复杂，很难进行结构分析并难以应用。但是，事实于此相反，因为高熵效应反而化繁为简，有提高各元素相互混合成固溶相的效果，使高熵合金在较高的温度下形成简单固溶相，冷却过程中的相变化和冷却后的相比预想中的简单，不但分析起来简单，而且更具有应用价值。这是以往人们不曾想到过的。
1.2 高熵合金形成的热力学与动力学
熵是热力学上表示一个系统中混乱程度的参数，熵值越大，系统的混乱度也越大。从热力学角度，自由能G和焓H，绝对温度T及S
第一章 综述 1
1.1 前言 1
1.2 高熵合金形成的热力学与动力学 2
1.3 高熵合金的研究现状 3
1.3.1 AlCoCrCuFeNi系多组元高熵合金 4
1.3.2 AlTiFeNiCuCrx系多组元高熵合金 5
1.3.3 AlFeCuCoNiCrTix系多组元高熵合金 6
1.3.4 AlFeCuCoNiCrTi1.5多主元高熵合金 8
1.4 高熵合金的应用 9
1.5 选题的内容及意义 9
第二章 试验材料和方法 11
2.1 前言 11
2.2 成分设计及实验方案 11
2.2.1 实验成分设计 11
2.2.2 试验材料的制备 13
2.3 试验材料的处理 14
2.4 显微组织与结构分析 15
2.4.1 X射线衍射分析 15
2.4.2 SEM扫描及EDS能谱分析 15
2.5 性能测试 16
2.5.1 硬度测试 16
分设计及实验方案 11
2.2.1 实验成分设计 11
2.2.2 试验材料的制备 13
2.3 试验材料的处理 14
2.4 显微组织与结构分析 15
2.4.1 X射线衍射分析 15
2.4.2 SEM扫描及EDS能谱分析 15
2.5 性能测试 16
2.5.1 硬度测试 16
2.5.2 压缩试验测试 16
第三章 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金的显微组织性能与分析 18
3.1 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金的组织和成分分析 18
3.1.1 CoCrCu0.5FeNi合金的组织和成分分析 18
3.1.2 CoCrCu0.5FeNiTi0.1合金的组织和成分分析 19
3.1.3 CoCrCu0.5FeNiTi0.3合金的组织和成分分析 20
3.1.4 CoCrCu0.5FeNiTi0.5合金的组织和成分分析 21
3.1.5 CoCrCu0.5FeNiTi1.0合金的组织和成分分析 22
3.2 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金相结构分析 23
3.3 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金压缩实验分析 25
3.4 CoCrCu0.5FeNiTix系列合金维氏硬度分析 27
第四章 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金的显微组织性能与分析 29
4.1 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金的组织和成分分析 29
4.1.1 CoCrCu0.5FeNiV0.3合金的组织和成分分析 29
4.1.2 CoCrCu0.5FeNiV0.5合金的组织和成分分析 30
4.1.3 CoCrCu0.5FeNiV0.8合金的组织和成分分析 31
4.1.4 CoCrCu0.5FeNiV1.0合金的组织和成分分析 32
4.1.5 CoCrCu0.5FeNiV1.2合金的组织和成分分析 33
4.2 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金相结构分析 34
4.3 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金压缩实验分析 35
4.4 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金硬度分析 37
4.5 CoCrCu0.5FeNiVx系列合金断口分析 39
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
第一章 综述
1.1 前言
随着时代的发展，人们对材料的强度、硬度、耐腐蚀性、耐高温性等等要求越来越高，传统合金体系越来越难以满足现代工艺的发展需求，人们需要一种全新的合金体系来设计能满足未来发展需要的合金。传统合金体系以一种元素作为主要元素，其他元素的含量远低于主元素的含量。次要元素的加入，主要是为了改变合金某方面的要求，如提高强度、改善塑性、增强导电率、提高回火稳定性等。比如钢铁中以铁作为其主要元素，加入C可以增加强度，加入Cr可以提高耐腐蚀性，加入Ni可以增加基体韧性等等。而且传统合金一般以固溶体作为其主要相，用固溶强化、细晶强化、第二相强化，位错强化等方式增加材料的强度。而以金属间化合物为主要相的材料，通常会由两种元素作为其主要元素。根据热力学的知识，人们通常认为，当合金中主要元素的种类变多，将会生成更多的金属间化合物，甚至更复杂的相，这些相可能使材料变脆，难以进行加工和分析。然而，基于20世纪90年代大块非晶合金的开发，有人认为非晶的原子混乱度高或熵高，必然会导致高的玻璃化形成能力，所以有人提出了一个混乱理论[1]。人们实践发现有些高混合熵合金可以形成单相固溶体。基于此，有许多科研工作者投入到了这方面的研究中。高熵合金的观念起源与1995年，所谓高熵合金，强调的就是高熵效应，利用高熵来创造出更多具有应用潜力的合金材料[2]。高熵合金具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化等特性，可以制作成工具、模具、和机器上的零件等等。近年来高熵合金快速发展，与大块金属玻璃、橡胶合金并列为近几十年来合金化理论的三大突破[3]。
为了高熵效应，定义高熵合金的组员数不低于5种[45]，且每个主要元素的原子百分数介于535%。然而，高熵合金具有特有的高熵效应以外，还有缓慢的扩散效应、严重的晶格畸变效应和鸡尾酒效应。传统合金理论认为：合金组员数越多，会产生大量的复杂相及金属间化合物，而使其微观结构变得相当复杂，很难进行结构分析并难以应用。但是，事实于此相反，因为高熵效应反而化繁为简，有提高各元素相互混合成固溶相的效果，使高熵合金在较高的温度下形成简单固溶相，冷却过程中的相变化和冷却后的相比预想中的简单，不但分析起来简单，而且更具有应用价值。这是以往人们不曾想到过的。
1.2 高熵合金形成的热力学与动力学
熵是热力学上表示一个系统中混乱程度的参数，熵值越大，系统的混乱度也越大。从热力学角度，自由能G和焓H，绝对温度T及S
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