含F(xiàn)eSiB高熵合金組織控制及性能研究.pdf

1、具有獨(dú)特組織結(jié)構(gòu)的高熵合金在高硬度、高加工硬化、高熱穩(wěn)定性、良好的抗腐蝕性和耐磨性等特性中有著優(yōu)異的表現(xiàn)，可替代在特殊條件下使用的現(xiàn)有合金材料。因此，作為一個(gè)全新的合金領(lǐng)域，高熵合金研究具有深層次的學(xué)術(shù)意義和重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本課題擬選擇具有優(yōu)異軟磁特性的Fe-Si-B金屬玻璃成分為原型，設(shè)計(jì)FeSiBAlNi五元高熵合金。系統(tǒng)研究添加第六主元Nb、Cu、Co和Ag的本征屬性和尺寸效應(yīng)與FeSiBAlNi高熵合金微觀結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，

2、優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，以期獲得非晶高熵合金。
　　本課題采用機(jī)械合金化法制備高熵合金體系，通過(guò)X射線衍射分析、差示掃描量熱分析、掃描電鏡、透射電鏡、能譜色散儀、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)和電化學(xué)工作站等測(cè)試手段，系統(tǒng)地研究球磨時(shí)間和主元效應(yīng)對(duì)機(jī)械合金化高熵合金微觀結(jié)構(gòu)和熱學(xué)性能及磁學(xué)性能的影響，探討具有相似原子尺寸，不同結(jié)構(gòu)的元素添加對(duì)非晶高熵合金形成的影響機(jī)制。選擇一定的退火溫度對(duì)非晶高熵合金粉末進(jìn)行熱處理，研究退火溫度與晶化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及磁學(xué)性能的

3、相關(guān)性。另外，對(duì)五元FeSiBAlNi高熵合金粉末進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)制備塊體樣品進(jìn)行了初步探索，對(duì)燒結(jié)后的樣品測(cè)試其微觀結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　通過(guò)機(jī)械合金化法成功制得的FeSiBAlNi(Nb/Cu/Co)完全的非晶高熵合金，而FeSiBAlNiAg得到的最終機(jī)械合金化產(chǎn)物為部分非晶相與固溶體的混合組織。第六主元的添加明顯縮短了非晶相的形成時(shí)間。
　　利用DSC測(cè)試得到初始晶化溫度Tx，分析得知不同

4、球磨時(shí)間的非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性總體規(guī)律為:FeSiBAlNiNb＞FeSiBAlNiCo＞FeSiBAlNi＞FeSiBAlNiCu≈FeSiBAlNiAg，可知高熔點(diǎn)主元Nb、Co的添加不僅能夠顯著提高高熵合金的熔點(diǎn)，而且有助于改善非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性;而相對(duì)較低熔點(diǎn)元素Cu、 Ag的加入則削弱了高熵合金的耐熱性，并降低了其非晶高熵合金的熱穩(wěn)定性。
　　通過(guò)交變梯度磁強(qiáng)計(jì)測(cè)試各合金的磁滯回線獲知，其矯頑力的數(shù)值均高于10 O

5、e，表明制備的五種高熵合金均為半硬磁材料，需要說(shuō)明的是高熵合金的最大飽和磁化強(qiáng)度均高于非晶高熵合金。此外，高熵合金的半硬磁性能的大小順序?yàn)?FeSiBAlNi＞FeSiBAlNiCo＞FeSiBAlNiCu＞FeSiBAlNiANb＞FeSiBAlNiAg，說(shuō)明第六主元的添加并沒(méi)有改善高熵合金的磁學(xué)性能。
　　非晶高熵合金退火處理后，研究發(fā)現(xiàn)FeSiBAlNi(Nb/Cu/Co/Ag)非晶高熵合金具有不同的晶化產(chǎn)物，但基體仍以固溶

6、體相為主，同時(shí)析出一些金屬化合物。具體結(jié)果如下:五元FeSiBAlNi高熵合金的熔化行為得到簡(jiǎn)化，隨著退火溫度的提高，半硬磁性能先降低后升高。高溫退火處理使FeSiBAlNiNb高熵合金相的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，但是熔化模式仍為一步熔化。FeSiBAlNiCu非晶高熵合金晶化產(chǎn)物的熔點(diǎn)升高，半硬磁性能隨著退火溫度的提高先升高后降低。高溫退火后，F(xiàn)eSiBAlNiCo非晶高熵合金生成了單一固溶體，其半硬磁性能增強(qiáng)。而FeSiBAlNiAg非晶高熵合