耐高溫高熵合金的成分設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化.pdf

1、I耐高溫高熵合金的成分設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化摘要高熵合金是由至少四種主元形成的固溶體合金，其基本特征是混合熵高，合金相以簡單固溶體為主，其綜合性能優(yōu)異，如硬度高、韌性好、良好的耐磨性和耐蝕性等。特別是在高溫條件下，高熵合金的相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度高，有望成為新一代高溫工程結(jié)構(gòu)材料。本文結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬相圖（CALPHAD）、第一性原理密度泛函計(jì)算（DFT）和物化參數(shù)判據(jù)，設(shè)計(jì)了NbTaV(TiMoW)耐高溫高熵合金系，采用高真空電弧熔煉法成功制備出這五

2、種合金，并研究了合金的鑄態(tài)微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和強(qiáng)化機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:（1）制備的NbTaTiV、NbTaVW、NbTaTiVW、MoNbTaV和MoNbTaTiV五種耐高溫高熵合金均為單相體心立方結(jié)構(gòu)固溶體。在室溫下，五種合金均呈現(xiàn)高強(qiáng)度大塑性，其中MoNbTaTiV綜合性能優(yōu)異，屈服強(qiáng)度1.4GPa，斷裂強(qiáng)度2.45GPa，塑性達(dá)到30%；在溫度為1273K時(shí)，NbTaTiVW的硬度是鎳基高溫合金In718和In718H的2

3、.5倍。研究表明，鈦元素的添加有利于提高合金塑性；鉬、鎢元素的添加有利于提高合金強(qiáng)度。（2）與建立在Miedema模型的物化參數(shù)判據(jù)相比，CALPHAD計(jì)算不僅可以模擬合金的平衡和非平衡相圖，還能有效地描述固相和液相的熱力學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化，并且預(yù)測在非平衡凝固過程中合金各組元的微觀偏析。（3）NbTaV(TiMoW)五種高熵合金的晶格常數(shù)均符合混合定律；通過DFT計(jì)算表明每種合金的原子體積和彈性性質(zhì)（體模量和剪切模量）也符合混合定律。