基于固体与分子经验电子理论的难熔性高熵合金设计

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sunrain0428
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高熵合金是采用五种或五种以上合金元素,按照等摩尔比或近等摩尔比制备而成的合金。迄今为止,高熵合金研究强调基于后过渡金属如铁,镍,钴和铜合金,而研究难熔性元素的高熵合金却很少。另一方面,自固体与分子经验电子理论(Empirical electron theory of solid and molecules,简称EET)被创立以来,学者们业已研究了多种材料的价电子结构(Valence electron structure,简称VES)与静态物性之间的定量关系,而研究高熵合金性能的却很少。鉴于此,本文采用EET理论指导高熵合金设计,选择了Zr(l)Ti(m)Hf(n)V(x)Nb(y),Zr(l)Ti(m)Hf(n)Nb(x)Mo(y),Zr(l)Ti(m)Hf(n)Nb(x)Ta(y),三系高熵合金作为合金设计研究对象。对不同成分的高熵合金的价电子结构参数进行计算,并通过价电子结构参数预测合金性能,选出具有特殊性能的合金用非自耗电弧熔炼炉进行制备,并对其力学性能和微观组织进行分析。研究表明:本文难熔性高熵合金都形成单一的晶体结构,体心立方或面心立方结构。Zr(l)Ti(m)Hf(n)Nb(x)Mo(y)系合金抗高温软化能力较强,ZrTiHfNb2Mo2合金700℃时的高温压缩强度达到1155MPa,其室温动态压缩强度更达到3800MPa以上。动态压缩实验中,合金没有明显的应变率强化效应,合金在压缩过程中均经历了弹性变形,塑性变形,失效阶段。ZrTiHfVNb2合金展现出良好的力学性能,静态压缩屈服强度为1114MPa,塑性应变在50%以上,静态抗拉强度为880MPa,拉伸应变为11%。合金的硬度与合金的元素组成及元素含量有密切的关系,合金当中含有熔点,密度较高的元素的含量越多,其硬度也越高,ZrTiHfNb2Mo2合金的硬度为540HV。合金共用电子对数nA值的大小决定着高熵合金的强度和耐高温软化能力,而共价电子对数之和∑nC值与合金的塑性应变呈反趋势,与相中可能存在的原子状态组数N共同决定着合金的塑性。
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