【摘 要】
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诸如海水的碱性环境和高速飞行的高温条件限制了传统合金作为吸收材料的进一步应用。高熵合金由于其优异的电磁特性、耐高温和耐蚀等特性成为下一代潜在电磁波吸收材料而备受关注。Fe、Co、Ni等铁磁性元素是高熵合金实现吸收剂高磁损耗的关键,因此常在高熵合金吸波材料中得到应用。Mn是一种储量丰富、提炼工艺成熟的金属,然而其反铁磁特性却限制了含Mn高熵合金的电磁波吸收性能。因此实现Mn的反铁磁-铁磁性转变并揭示
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诸如海水的碱性环境和高速飞行的高温条件限制了传统合金作为吸收材料的进一步应用。高熵合金由于其优异的电磁特性、耐高温和耐蚀等特性成为下一代潜在电磁波吸收材料而备受关注。Fe、Co、Ni等铁磁性元素是高熵合金实现吸收剂高磁损耗的关键,因此常在高熵合金吸波材料中得到应用。Mn是一种储量丰富、提炼工艺成熟的金属,然而其反铁磁特性却限制了含Mn高熵合金的电磁波吸收性能。因此实现Mn的反铁磁-铁磁性转变并揭示其对高熵合金的磁性、电磁参数和吸波性能的影响是一个亟待研究的内容。本文设计了FeCoNiMnAl和FeCoNiMnSiAl两种体系的高熵合金,通过第一性原理计算研究了Al和Si元素对高熵合金中Mn的反铁磁-铁磁性转变的影响,进而探究高熵合金的静磁性能以及对涡流损耗和自然共振损耗的影响,并预测了高熵合金作为电磁波吸收剂的吸收性能。同时为了验证吸收剂在实际生产应用中的可行性,本文将高熵合金粉末作为电磁波吸收剂应用于吸波涂层中,研究了相关性能并分析了吸波机理。使用飞秒超快激光对涂层表面进行结构加工,探究了结构化表面对吸波涂层性能以及红外波和雷达波兼容隐身特性的影响。研究中采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计、矢量网络分析仪、吸波暗室、红外发射率测试仪等对样品进行测试与分析。得出的主要研究结论如下:（1）通过计算电子自旋状态证明了诱导元素Al元素可以使处于不同化学环境中Mn原子产生不同的磁性。Mn含量较低时,铁磁性元素之间耦合效果减弱会导致磁性的降低,进一步提升Mn含量后发生铁磁性转变的Mn原子将会补偿总磁矩从而提升磁性,从而使高熵合金具有良好的电磁波吸收能力。（2）Si元素可以促进高熵合金产生BCC相并抑制其向FCC相转变。电子自旋状态的计算表明,当诱导元素Si和Al同时存在时Mn可以很大程度上完成反铁磁-铁磁性转变,增强了合金的磁性。电磁特性研究表明,片状高熵合金粉末介电性能ε′和ε′′最高分别为10.9和0.95,磁性能μ′和μ′′最高分别为1.52和0.32。2 mm厚度下的反射损耗在10.5-12.7 GHz频段内达到小于-10 dB的有效吸收,峰值约-18 d B。（3）球状粉末高熵合金吸波涂层具有良好的吸收性能,在6.9-12.2 GHz频段下可以实现小于-10d B的有效吸收,吸收峰值约-15 d B,且在300℃的高温环境下略有提升。片状粉末高熵合金吸波涂层在8.7-11.2 GHz下实现了-10 d B的有效吸收。经激光在涂层表面刻蚀周期结构后,涂层的吸收峰值和有效吸收频宽得到改善。在刻蚀1 mm六边形结构后,球状粉末涂层有效吸收带宽由原来的5.3 GHz提升至8.5 GHz,吸收峰值从-15d B提升至-16 d B,片状粉末涂层有效吸收带宽由原来的2.5 GHz提升至2.8 GHz,吸收峰值从-13 d B提升至-42 d B。（4）飞秒超快激光加工的红外隐身层可以实现低于0.2的低红外发射,且可有效调控双层结构的吸波性能。研究发现,以六边形为周期单元的超表面会倾向于影响高频的吸收性能,而对低频的吸收影响较弱。周期结构的尺寸与底层的涂层性能存在一定的适配关系,涂层出现峰值的频率越高且周期结构的尺度越大,吸波性能提升的越明显,填充比为0.5:1的涂层最大可提升到约-38 dB。
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