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高熵合金概念由台湾学者叶均蔚教授于20世纪90年代提出,这一概念打破了传统合金以一种元素或金属间化合物为主的框架,高熵合金含有多种主要元素,一般为5~13元,每种元素含量不超过35at%。研究发现高熵合金具有高强度、高硬度、优异的高温性能和耐腐蚀性能等,高熵合金研究具有学术前瞻性和巨大的应用前景。
本文通过粉末冶金方法,以Al、Ni、Cr、Fe、Mo、Co和Cu元素粉末为原料制备了高熵合金,试验分AlxNiCrFeMo0.5CoCu(x=0、0.5和1.0)组、AlNiCrFexMo0.2CoCu(x=0.5、1.0、1.5和2.0)组和AlNixCrFeMo0.2CoCu(x=0.5、1.0、1.5和2.0)组三组高熵合金,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和透射电镜(TEM)等手段对合金显微组织和性能进行了表征和分析,分析了Al、Fe和Ni元素分别对合金相组成、微观组织和性能的影响规律。结果表明:
1)试验中。所有高熵合金均由BCC、FCC和σ(体心正方结构)相中三相或两相组成,相组成并不复杂。Al元素促进BCC和σ相生成,而Fe和Ni元素促进FCC,抑制σ相,当Fe或Ni元素含量达到2.0时,Fe2.0合金与Ni2.0合金中,不存在σ相,其中Ni2.0合金近似为单相FCC合金。
2)通过对AlxNiCrFeMo0.5CoCu组高熵合金组织分析,把Mo元素含量从0.5降低至0.2后,σ相形态发生了变化,由块状分布变为棒状析出态,且AlNiCrFexMo0.2CoCu组和A1NixCrFeMo0.2CoCu组高熵合金的致密度均超过91%,明显高于AlxNiCrFeMo0.5CoCu组高熵合金的致密度,分析是由于高熔点元素含量减少有助于烧结过程中冶金反应的进行。
3)Al元素的加入可促进合金调幅分解和纳米颗粒的析出,进而提高合金的硬度,A11.0合金硬度达到306HV,但合金的塑性随着Al含量增加而降低。相反,随着Fe或Ni元素含量的增加,合金硬度逐渐降低,但塑性得到提升,Fe2.0合金和Ni2.0合金的最大变形量分别达到30.2%和31.7%。
4)对AlNiCrFexMo0.2CoCu组和AlNixCrFeMo0.2CoCu组高熵合金分别在0.5mol/L的H2SO4,0.5mol/L的NaOH溶液和3.5%的NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,分析塔菲尔曲线得知,两组合金在0.5mol/L的NaOH溶液中均具有明显低于在其他两种溶液中的腐蚀电位,即合金在在碱性环境下更易发生腐蚀。