【摘 要】
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金属基复合材料因为制备方便简洁,同时具有较优异的综合力学性能,受到广泛关注。以往研究中比较常见的增强相为陶瓷或者非晶相,然而陶瓷增强相与金属基体热膨胀系数差异较大,非晶在高温或者大变形下容易发生晶化,这些都显著降低了金属基复合材料的增强效果。本文是在课题组前期研究Al Co Cr Fe Ni增强Al、Cu基复合材料的基础上,发现这类高熵合金在较高温度下容易与基体发生互扩散,导致部分BCC结构高熵合
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金属基复合材料因为制备方便简洁,同时具有较优异的综合力学性能,受到广泛关注。以往研究中比较常见的增强相为陶瓷或者非晶相,然而陶瓷增强相与金属基体热膨胀系数差异较大,非晶在高温或者大变形下容易发生晶化,这些都显著降低了金属基复合材料的增强效果。本文是在课题组前期研究Al Co Cr Fe Ni增强Al、Cu基复合材料的基础上,发现这类高熵合金在较高温度下容易与基体发生互扩散,导致部分BCC结构高熵合金由于元素扩散转变为FCC结构,从而影响了复合材料的力学性能。NbMoTaW难熔高熵合金拥有卓越的高温力学性能、高温抗氧化性能、耐磨性以及耐腐蚀性良好等众多优点,若将其作为Ni基复合材料的增强相,有望大幅度提高复合材料的性能。本论文通过机械合金化制备NbMoTaW高熵合金粉体,利用放电等离子烧结制备NbMoTaW/Ni复合材料,采用了X射线衍射仪对其物相组成进行标定,通过扫描电子显微镜、能谱仪对其微观组织进行表征与分析,借助维氏显微硬度计和万能试验机对其力学性能进行评价。取得如下研究结果:通过机械合金化制备NbMoTaW高熵合金粉体的最优工艺为:球料比10:1,球磨时间50h,球磨转速350r/min。其中保护气氛为氩气,过程控制剂为正庚烷;该粉体为单一BCC固溶体,其平均颗粒尺寸约为600nm,晶粒尺寸和晶格畸变率分别为8.75nm和1.14%。通过放电等离子烧结制备NbMoTaW/Ni复合材料,该复合材料是由颗粒尺寸较小的增强相高熵合金包裹颗粒尺寸较大的镍基体,呈现出网格状形态,物相衍射峰只存在Ni元素衍射峰;当增强相体积分数由20vol%增加到30vol%时,室温试验状态下,压缩屈服强度由490.9MPa增长至958.6MPa,同时抗压强度也增加到1739.8MPa,但塑性应变量由42.68%下降至25.86%;随着烧结温度的提高,复合材料的压缩屈服强度、抗压强度和塑性应变量同时提高,密度和硬度变化规律与强度规律保持一致。借助高温压缩试验研究NbMoTaW/Ni复合材料的高温力学性能,试验发现,增强相体积分数30vol%、烧结温度1200℃的复合材料,在600℃高温压缩时的屈服强度和抗压强度分别达到678.66MPa和1165.29MPa。复合材料裂纹与缺陷随着压缩温度的提高而增多,导致压缩屈服强度和抗压强度稍有减少,塑性应变量明显增加;高温压缩前后复合材料相及组成并未发生明显的变化,无新相的形成及相转变。
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