高熵合金的制造工艺、性能及应用研究.docx

1、任务书设计题目： 高熵合金的制造工艺、性能及应用研究 1设计的主要任务及目标1）掌握高熵合金的概念、了解高熵合金和传统合金的区别2）掌握高熵合金的制造工艺。3）掌握高熵合金的性能特点及其应用。通过查阅文献获得高熵合金的具体制造工艺、各种性能指标及应用范围。2设计的基本要求和内容1）查阅10篇以上的科技文献。2）完成毕业设计的各项任务3）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。4）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。3主要参考文献1李建忠，张志多主元高熵合金FeCoNiCuxA1微观组织结构和性能J中国材料科技与设备，2008.62李安敏，张喜艳Al对Al-Cr-Cu-Fe-Ni高熵合金的组

2、织与硬度的影响J热加工工艺，2008，37(4)：26-283高家诚，李锐AlZnSnSbPbMnMg高熵合金显微组织和耐热性的研究重庆大学材料科学与工程学院。4张林，边秀房.铝硅合金的液相转变j.1995，4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1查阅科技文献，完成开题答辩2014年3月3日2014年3月16日2高熵合金的制造工艺研究2014年3月17日2014年4月20日3高熵合金的性能特点及其应用。2014年4月21日2014年6月1日4整理资料，撰写论文，准备答辩2014年6月2日2014年6月10日高熵合金的制造工艺、性能及应用研究摘要: 中国台湾学者首次制备高熵合金的方法是真

3、空电弧炉熔铸法, 而后应用磁控溅射方法制备多主元高功能合金镀膜。近期印度学者应用机械合金化的方法也成功制备了高熵合金。高熵合金可以采用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜, 使其应用多姿多彩。作为一种新型的合金材料，高熵合金表现出许多优良的特性，其中极高的硬度、 强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性以及良好的塑韧性等是其显著特点。多主元高熵合金表现出与传统合金不同的特性，而且通过不同的元素搭配可获得种类繁多的新型合金。高熵合金不同于传统合金的设计理念为新型合金打开了一扇新的大门，是通向另外一个合金世界的窗口。高熵合金所具有的结构特性和性能特性使其具有广阔的应用前景。关键词

4、：高熵合金，特性，应用 High entropy alloys manufacture process, performance and application researchAbstract:Chinese scholars in Taiwan for the first time the preparation of high entropy alloys is the vacuum arc furnace smelting method, and application of magnetron sputtering method preparation of many princip

5、al component function of high alloy coating. The recent Indian scholar application of mechanical alloying method has high entropy alloys was successfully achieved. High entropy alloys can be used in a traditional casting, forging, powder metallurgy, spraying and coating method to make a piece of mat

6、erial, coating, or thin film, make its application more colorful.As a new type of alloy material, high entropy alloys exhibit many excellent characteristics, including high hardness, strength, good thermal stability and corrosion resistance and good plastic toughness is its salient features. Many pr

7、incipal characteristics of high entropy alloys show different from the traditional alloy, and through different element collocation can obtain a wide variety of new type alloy.Different from traditional high entropy alloy design concept for the new type of alloy opens a new door, leads to another al

8、loy window of the world. Structure features and performance characteristics of high entropy alloys have has the broad application prospect.Keywords: High entropy alloys, characteristics, application目 录1前言11.1概述11.2论文研究的目的及意义21.3高熵合金的研究现状42高熵合金相关概念122.1高熵合金的定义122.1.1固溶体混合熵的定义122.1.2高熵合金的界定132.2高熵合金的理

9、论依据143高熵合金的制备、性能及应用163.1高熵合金的制备163.1.1激光熔覆熔炼法163.1.2电弧熔炼法163.1.3高频感应炉加热熔炼173.1.4其他熔炼方法183.2高熵合金的性能183.3多主元效应203.4高熵合金的应用224高熵合金涂层的金相组织观察254.1仪器介绍254.2金相组织观察26结论28参考文献29致谢30II1前言1.1概述自古以来,金属材料的发展对人类文明就有着极大的影响,人类由石器时代进入铜器时代再进入铁器时代,几千年来一直是把金银铜铁锡等五金当作饰品、器具、工具、武器的主体材料。工业革命后,尤其是近百年来,人类所开发的合金系统犹如雨后春笋,加工技术更

10、是突飞猛进,不但造就了今天工商发达的局面,而且使人类的生活水平大幅提升。目前人类已开发使用的实用合金系共有30余种,每一合金系统皆以1种金属元素为主(一般都超过50%),随着添加不同合金元素而产生不同的合金。例如以铝为主的铝合金,以铁为主的钢铁材料,以镍为主的超合金,以钛为主的钛合金等。到目前为止,传统合金的配方仍不脱离以1种金属元素为主的观念,人类依此观念配制不同合金,采用不同的制造加工工艺,进而应用到不同的地方,都是在这个框架下发展及改善的。另外,传统合金的发展经验告诉我们,虽然可以通过添加特定的少量合金元素来改善合金的性能,但合金元素种类的过多会导致很多化合物尤其是脆性金属间化合物的出现

11、,从而导致合金性能的恶化,如变脆,此外,也给材料的组织和成分分析带来很大困难,因此合金元素的种类应越少越好。我们不禁要问,大自然是否只给人类30余种有用的合金系统?合金元素越多性能就越差吗?答案是否定的。八年前有中国台湾学者率先跳出了传统合金的发展框架,提出了新的合金设计理念,即多主元高熵合金。所谓多主元高熵合金,或称多主元高乱度合金,就是多种主要元素的合金(这就是为什么这里用/主元0而不是/组元0的原因),其中每种主要元素都具有高的原子百分比,但不超过35%,因此没有一种元素能占有50%以上,也就是说这种合金是由多种元素集体领导而表现其特色。而且研究表明,多种主元素倾向混乱排列而形成简单的结

12、晶相。因为没有人用过如此多种主元素做出单纯的晶体结构,所以这一发现前所未见。这块处女地不但是一个可合成、加工、分析和应用的新合金世界,也是一个具有学术研究及工业发展潜力的丰富宝藏。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。多主元高熵合金是近年来兴起的一种新型合金材料，它的最大特点是突破了传统合金只以一种或两种金属元素为主的设计框架，从而发展出一种全新的合金。多

13、主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。主要元素的增多使合金产生高熵效应，晶体结构倾向于形成简单体心或简单面心结构，同时可能伴有晶间化合物生成，甚至在铸态就会析出纳米晶，从而起到固溶强化、沉淀强化和弥散强化效果，使高熵合金的性能比传统合金具有较大优势。髙熵合金在晶体结构及各种性质上和传统合金有极大的差异，主要包括一下几个方面：(1)不但能形成简单的BCC和FCC结构甚至易产生纳米相和无序的非晶相；(2)具有良好的热稳定性；(3)极高的硬度、温室强度和良好的塑性变形能力;(4)优越的耐腐蚀和耐磨性能。一般来说，传统概念的固溶体

14、特性是具有较好的塑性变形能力，但硬度和强度较低，通常只能作为基体相。而基于多主元构成髙熵合金形成的固溶体有着较高的强度和硬度，甚至高于非晶合金的强度，同时还具有良好的热稳定性和耐磨耐蚀特性，为新型结构材料的设计提供了丰富的空间。1.2论文研究的目的及意义目前国内外学者对高熵合金的研究，主要集中在制备方法的研究，并且针对具体合金系，研究元素含量对合金组织、性能的影响。研究对象主要是在Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn等元素中选配的5 8元合金 ；所研究的性能主要是常规力学性能，如硬度、抗压强度、耐磨性、耐蚀性等，其它性能研究相对较少，数据不多。微观机理方面的研究尚未真正展开

15、，仅清华大学和北京科技大学的学者做了少量探索。从研究成果来看，目前还是台湾清华大学的研究处于领先地位，已有多项发明专利。高熵合金的应用潜力巨大，应用领域广泛。但是，高熵合金的各项相关数据基本还处于试验室阶段，尚未真正进入应用领域，还未能实现产业化。这一方面是因为该领域的相关研究刚刚起步，很多人对此类合金还不了解 ；另一方面是有关此类合金的数据非常少，数据重复性不够高。目前文献所报道的用于实验研究的高熵合金，无论采用哪种方法制备，试样都很小，一般只有几十克。因此，排除仪器误差之外，配制合金时称量原材料的微小误差、制备过程中的少量原材料损耗、所用原材料的纯度不同，都可能导致实际所得合金成分偏离设计成分较远。高熵合金的组织、性能特点是由其高混合熵所决定的，等摩尔比合金的混合熵高于非等摩尔比合金的混合熵，且合金的组织与性能可能对某些元素较为敏感。因此，要使高熵合金的实验数据真正应用到实际生产领域，还需提高配样精度，提高数据的重复再现性。对于实验数据显示性能优异、经济性良好的高熵合金，可以熔制大块试样，再检测相应的性能，获得真正可以用到实际生产的参考数