【摘 要】
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难熔高熵合金结合了高熵合金的设计理念,以高熔点的前过渡族难熔元素为主,是一种特殊的高熵合金。该类合金不仅具有高强度,良好的抗氧化和抗腐蚀等性能,而且由于高熔点元素的引入,使得其高温性能更加优异,有望作为高温合金应用于航空航天。然而相较于传统的Ni基高温合金,目前主流的含Al的轻质难熔高熵合金体系的共格组织结构呈现“倒置”状态,并且纳米析出粒子形貌不完美,导致该类合金体系仍存在较大脆性。研究表明,通
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难熔高熵合金结合了高熵合金的设计理念,以高熔点的前过渡族难熔元素为主,是一种特殊的高熵合金。该类合金不仅具有高强度,良好的抗氧化和抗腐蚀等性能,而且由于高熔点元素的引入,使得其高温性能更加优异,有望作为高温合金应用于航空航天。然而相较于传统的Ni基高温合金,目前主流的含Al的轻质难熔高熵合金体系的共格组织结构呈现“倒置”状态,并且纳米析出粒子形貌不完美,导致该类合金体系仍存在较大脆性。研究表明,通过调整合金元素的比例可以调整第二相粒子与基体之间的点阵错配,进而影响第二相粒子的类型和形貌,获得理想的共格组织。本文通过团簇加连接原子模型设计了含Al的轻质难熔高熵合金Al2Ti5Zr4Nb2.5Ta2.5（R1）和Al2Ti6Zr2Nb3Ta3（R2）,利用真空电弧熔炼的方法制备合金,并对该合金尝试了多种不同的热处理工艺,对其微观组织及稳定性做了系统研究,对其挺度、密度、力学性能等进行了表征,内容如下:（1）R1为BCC基难熔高熵合金,固溶态下R1会在BCC基体上析出球形B2纳米粒子,经873K时效处理后,B2纳米粒子长大呈立方状,随着时效温度进一步升高至973K或以上,B2纳米粒子消失,BCC/B2共格组织被破坏;经进一步调整元素比例的R2合金为B2基难熔高熵合金,873K时效态下R2在B2基体上析出BCC纳米粒子,当时效温度提升到1073K时,B2消失,BCC/B2共格组织被破坏。（2）R1合金在热处理过程中会出现BCC相的相分离,其中BCC1相富Ti/Zr,BCC2相富Nb/Ta,随着时效热处理温度的升高BCC的相分离会愈发严重,其中BCC1相的含量会逐渐占据主导位置;R2合金在热处理过程中没有明显的BCC相分离。（3）R1和R2合金在时效过程中会出现D88-Al3Zr5相,B2和Al3Zr5在尺寸上无明显差别,成分上略有差异,其中B2相的Ti含量更高,高温是B2转化为Al3Zr5的主要因素:R1合金在873K的时效温度下B2相会向Al3Zr5相转化,当时效温度提升到973K或者以上时,B2相完全转化为Al3Zr5相;R2合金只有在1073K的温度时效时B2相才会完全转化为Al3Zr5相。（4）R1合金在BCC基体上析出B2粒子,使得R1合金有超过1200MPa的屈服强度,由于Al3Zr5相与BCC基体的非共格关系和BCC的相分离,R1合金塑性不佳;经进一步调整元素比例的R2合金,在B2基体上析出BCC粒子,由于BCC纳米粒子的立方状析出且没有发生相分离,同时Al3Zr5相含量较少且分布均匀,合金有超过1100MPa的强度和超过40%的压缩塑性。
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