石墨烯增强CoCrFeMnNi高熵合金微观组织和力学性能研究

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CoCrFeMnNi高熵合金(HEAs)具有优异的塑性、较高的低温损伤极限等优异的机械性能,是极具潜力的新型结构材料。但是,较低的强度和硬度限制了其在工程领域中的应用。石墨烯因其超高的强度被认为是一种理想的增强体,但是严重的团聚问题及其与基体间较差的润湿性影响了其强化效果。本论文拟在气雾化CoCrFeMnNi合金粉体中引入采用化学镀法制备的镍修饰还原氧化石墨烯(RGO@Ni)粉体,联合热压烧结制备RGO@Ni增强CoCrFeMnNi高熵合金,以期在提高石墨烯分散性的同时改善其与基体的界面结合。本文主要研究了气雾化快速凝固对热压烧结预合金化CoCrFeMnNi合金的组织与力学性能的影响,进一步分析了不同含量RGO@Ni增强CoCrFeMnNi高熵合金复合材料的微观组织与力学性能,主要研究结果如下:1.采用气雾化成功制备了成分均匀、结构单一的FCC型纳米晶CoCrFeMnNi高熵合金粉体。粉末经60MPa、1100oC热压烧结2h后,高熵合金烧结体相对密度为99.3%,基本实现烧结致密化。2.经热压烧结后,CoCrFeMnNi烧结体仍为单一FCC结构,微观组织由平均尺寸为~16μm的细等轴晶晶粒组成,且晶粒内部含有大量尺寸为55~160nm的亚稳结构。该纳米尺寸亚稳结构遗传自气雾化合金粉体中的快速凝固组织,使烧结后的块体合金具有良好的综合力学性能(屈服强度为222MPa,抗拉强度为564MPa,伸长率~37%)。3.采用氧化石墨烯和硫酸镍为原料,经热还原化学镀镍(p H=13,反应温度为80℃,Ni2+浓度为0.01mol/L)处理后,氧化石墨烯被还原为石墨烯,且在表面负载了尺寸为50~200nm的金属Ni颗粒,成功制备了Ni颗粒修饰石墨烯(RGO@Ni)粉体。4.RGO@Ni-CoCrFeMnNi复合粉末经热压烧结后,RGO表面负载的Ni颗粒固溶进基体,RGO与基体反应生成了尺寸在亚微米和微米级的M23C6结构的富Cr碳化物,并弥散分布于CoCrFeMnNi基体中,富Cr碳化物与基体间无特定晶体学取向关系。5.随着RGO@Ni含量的提高,复合材料中M23C6结构富Cr碳化物的含量(f)逐渐增多,尺寸(r)几乎保持不变,材料的屈服强度增量((35)s)满足(35)s=31.5+762*(f1/2/r)的线性关系,其主要强化机制为位错绕过第二相机制。当RGO@Ni含量为1.5wt.%时材料具有优异的综合力学性能(屈服强度、极限抗拉强度和断裂伸长率分别为374MPa、722MPa和12.4%)。
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