合金钢基体表面熔渗高熵合金组织及性能研究.doc

1、合金钢基体表面熔渗高熵合金组织及性能研究摘要：传统合金都是在一种或两种主要元素的基础上加入合金元素从而得到性能不同的合金。如铁基合金、钴基合金、铝基合金等，目前人类所用的传统合金系统有30多种。多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一局等原子笔、高熵合金这样的合金设计理念而发展起来的，这种合金的突出特点是有高熵效应，高熵效应的影响使高熵合金具有许多有别于传统合金的组织和性能特点，往往表现出显微结构简化、纳米析出物及非经结构、纳米晶粒等组织特征和高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀等性能特点。目前人们对高熵合金的研究还处于初级阶段，现有的研究表明，作为一个材料研究的新兴领域

2、，高熵合金有着很高的研究价值与广阔的应用前景。合金刃具钢作为刀具材料，要求有较高的硬度与强度，鉴于高熵合金具有较高的硬度、强度、耐磨性等特性，考虑将高熵合金作为涂层涂到合金刃具钢表面，进行熔渗，这样可以得到强度更高的合金刃具钢。为此，我们将进行一系列对比实验。来研究高熵合金熔渗在不同金属基体材料上获得的熔渗层的组织和性能。我们主要进行以下实验：高熵合金在合金钢基体表面熔渗工艺实验，熔渗高熵合金的显微组织观察，硬度、耐磨性等力学性能实验。关键词：高熵合金，合金刃具钢，表面熔渗Alloy substrate surface infiltration and properties of high e

3、ntropy alloyAbstract: traditional alloy is the addition of alloying elements in one or two major elements so as to get the performance of different alloys. Such as iron base alloy, cobalt base alloy, aluminum alloy and so on, the traditional alloysystems currently used by the human has 30 many kinds

4、 of. Multi principal element high entropy alloy breaks through the traditional alloy development framework with 1 or 2 kinds of metal elements in the Bureau, is a ballpoint pen,high entropy alloy of this alloy design concept and development, prominent characteristic of this alloy is high entropy eff

5、ect, effect of high entropy effecthas the high entropy alloy many characteristics of microstructure and properties of different from the traditional alloy, often exhibit microstructuresimplified, nano precipitates and non structure, nano grain structure and high strength, high hardness, wear resista

6、nce, corrosion resistance and otherproperties. The current research on the high entropy alloy is still in its initial stage, existing research shows that, as a new field of materials research, high entropy alloy has a prospect of the application of high research value andbroad.Alloy steel as tool ma

7、terials, require a higher hardness and strength, in view of the high entropy alloy with hardness, strength, wear resistance and otherproperties of high, considering the high entropy alloy as the coating is applied to the surface of alloy steel, infiltration, alloy steel that can get higher strength.

8、To this end, we will conduct a series of experiments. To study the high entropyalloy structure and properties of the layer obtained in different metal base material on the infiltration. We mainly on the following experiment: the high entropy alloy infiltration process experiment in molten surface gr

9、ay cast ironmatrix, the microstructures of the infiltration of high entropy alloy, thehardness, wear resistance and mechanical properties.Keywords: surface melt high entropy alloy, alloy tool steel, permeability 目录1绪论11.1高熵合金简介11.2高熵合金概念21.3高熵合金性能特点21.4高熵合金的组织结构41.5高熵合金制造工艺51.6高熵合金国内外研究现状61.7表面涂层技术7

10、1.7.1表面涂层技术简介71.7.2涂层分类71.7.3表面涂层主要方法分类及应用81.8高熵合金涂层91.8.1高熵合金涂层设计理念91.8.2高熵合金涂层的分类101.8.3高熵合金涂层的性能112熔渗高熵合金试样的制备112.1配制高熵合金112.1.1八组元高熵合金112.1.2五组元高熵合金122.1.3用振筛机充分搅拌132.2粘结剂的配制132.3熔渗高熵合金试样的制备152.3.1光滑面152.3.2粗糙面163合金钢基体熔渗高熵合金工艺研究163.1合金钢材料的成分、组织、性能及用途介绍163.1.1合金钢成分简介163.1.2合金钢组织173.1.3合金钢性能简介183.

11、1.4合金钢用途简介183.2组织照片193.3感应加热熔渗高熵合金工艺203.3.1感应加热213.3.2经验公式213.3.3感应加热工艺213.3.4感应加热原理213.3.5感应加热的优缺点223.4热处理炉加热熔渗高熵合金工艺233.4.2金相抛光机243.4.3三目倒置金相显微镜254.1基体熔渗高熵合金力学性能研究使用仪器264.1.1维氏硬度计简介：274.1.2维氏硬度计的用途：274.1.3维氏硬度计原理：284.1.4维氏硬度计分类：284.1.5维式硬度计的表示方法：294.1.6维氏硬度计工作环境：294.1.8维氏硬度试验操作步骤304.1.9维氏硬度试验注意事项3

12、04.2八组元高熵合金感应加热力学性能314.2.1分析组织的变化314.2.2测量两个组织的维氏硬度314.2.3对比两个组织硬度变化324.3五组元高熵合金感应加热力学性能334.3.1分析组织的变化334.3.2测量两个组织的维氏硬度334.3.3对比两个组织硬度变化354.4热处理炉熔渗高熵合金组织力学性能354.4.1分析组织的变化35I 4.5基体组织与熔渗高熵合金后组织比较354.5.1三种基体组织硬度变化364.5.2基体组织照片并对比各类组织39结论41参考文献42致谢44 1绪论1.1高熵合金简介 高熵合金的概念最早中国台湾清华大学的科学家叶均蔚于1996年提出并进行研究，

13、但是直到2004年才有相应的研究结果发表出来。因此，2004年之前没有相应的研究工作在中国台湾之外的地区开展。叶等人对Cu-Al-Fe-Ni-Co-Cr-Ti-V-Mo-Si(或者B)等多种元素中的五种或五种以上的元素所形成的高熵合金的组织形貌、微观结构及硬度、强度、耐磨性及其耐腐蚀性等多方面性能的研究1。中国台湾的海洋大学也有学者在进行高熵合金的耐腐蚀性研究。最近牛津大学和伯明翰大学的科学家也开始在等摩尔多主元合金方面开展了研究工作。目前，在中国台湾国科会的大力支持下，中国台湾清华大学正联合工研院材料所、成功大学开展高熵合金大型纳米化和非晶化的研究计划，中国广东的韶关学院也有教授参与他们的研

14、究 。德国、韩国及中国沈阳金属研究所的科学家也在联合研究Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Al-Co等元素按照等原子比所形成的高熵合金的玻璃形成能力及晶化行为。在中国大陆最早开始研究高熵合金的应该就是北京科技大学张勇教授了，清华大学的刘源也在2004年开始了高熵合金的研究，吉林大学赵明等人也开始研究高熵轻合金的组织及性能特点由于高熵合金是近几年才出现的合金系，因此目前还没有人对高熵合金进行分类。根据熔点高低可以对高熵合金进行分类；也可以根据合金的密度大小来分类；或者按照高熵合金的微观组织的晶体结构可以把高熵合金分为非晶型和纳米晶型，或者既含非晶相又含晶相的混合晶型，其中纳米晶型又可分为体心立方纳米

15、晶和面心立方纳米晶高熵合金，又称多主元高熵合金或多主元高乱度合金，即由五种或五种以上主要元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的合金，但广义上讲，只要合金中每种主要元素原子百分比介于5%和30%，即可称为高熵合金。因此，在高熵合金中没有一种元素能占有50%以上，也就是说该种合金是由多种元素集体领导而表现其特色的。学者们对高熵合金的研究表明，因为合金中的金属元素多，元素的混乱度大，高熵效应促进了元素间的混合，使得多种主元素倾向混乱排列而形成简单的结晶相，即混合成体心立方晶体或面心立方晶体，甚至非晶体化，却抑制了脆性的金属间化合物的形成。因为以前从来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有。由于相及微结构可鉴定性及单纯性，故高熵合金同传统合金一样，是一个可合成