多組元高熵合金的制備與性能.pdf

1、本文依據(jù)多主元高熵合金的成分設(shè)計原則，設(shè)計了FeNiMnCuC0.2Alx和AlZnMgCuxMny兩種多主元合金體系，通過感應(yīng)熔煉和模鑄方法制備了合金鑄錠，并采用XRD進行了結(jié)構(gòu)測定，采用SEM觀察顯微組織，采用EDS能譜進行了微區(qū)成分分析，并進行了壓縮性能、耐腐蝕性能等性能測試。 研究發(fā)現(xiàn)制備得到的FeNiMnCuC0.2Alx多主元合金體系具有單相固溶結(jié)構(gòu)，而且均屬于面心立方結(jié)構(gòu)，這是由于合金系的多主元高熵效應(yīng)抑制了該合金

2、系中中間相的產(chǎn)生。在該合金系中FeNiMnCuC0.2高熵合金具有很高的抗壓縮強度和壓縮率，其抗壓縮強度達到5218Mpa，壓縮率大于75％；隨著Al含量的增加材料的抗壓縮強度變小，當Al含量增加到x=0.5時，合金變脆。顯微組織觀察結(jié)果表明，添加少量的Al（x=0.1，0.2）能細化FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金的晶粒，但當x=0.5時，合金的晶粒又變得粗大；由EDS成分分析可知，F(xiàn)eNiMnCuC0.2Alx初生樹枝狀晶中富

3、含F(xiàn)e、Ni元素，而Mn、Cu在枝晶間相內(nèi)有所聚集，C、Al大體上均勻分布于兩相中。 在FeNiMnCuC0.2合金的基礎(chǔ)上分別添加一定量Ti、Nb元素，研究碳化鈦和碳化鈮在該合金系中的析出情況。觀察結(jié)果表明，該合金系雖然能抑制Mn3C、Fe3C等碳化物的析出，但不能阻止TiC、NbC在該合金系中析出，這主要源于TiC、NbC的生成自由能很低，該合金系混合產(chǎn)生的自由能要比其高，因而可分析得到合金體系的自由能位于NbC與Mn3C之

4、間。鈦的添加可以增加合金的抗壓強度、硬度以及細化合金晶粒，但效果不是很顯著。 鑒于高熵合金具有高的耐腐蝕性的特點，以及目前常用的Zn基、Al基、Mg基犧牲陽極材料具有低的電位，本文還設(shè)計了鋅鋁鎂含量相當?shù)亩嘀髟獱奚枠O材料，并通過添加適量其他合金元素來改善合金的電化學(xué)性能。實驗結(jié)果表明，在未添加其他合金元素的合金中，ZnAlM90.5合金是綜合性能最好的，電極電位為-1.123V，理論發(fā)電量為1539A·h/kg，電流效率76.

5、6％，表面溶解狀況良好；在ZnAlMg0.5合金中添加Cu元素，Cu元素的添加銅元素的添加增加了合金的耐腐蝕性，改善了合金的表面溶解情況，其相應(yīng)的電極電位，理論發(fā)電量和電流效率也有所下降，過量的銅添加會造成銅的偏聚，對合金電化學(xué)性能產(chǎn)生不利影響，其中ZnAlMg0.5Cu0.4和ZnAlMg0.5Cu0.6合金性能較好；在ZnAlMg0.5Cu0.4和ZnAlMg0.5Cu0.6合金中添加錳元素，研究發(fā)現(xiàn)錳元素的添加雖然能降低合金的腐蝕