【摘 要】
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近年来,随着结构材料日益趋于轻量化,各应用领域对轻质合金的需求愈加强烈。但是,受限于传统合金的设计理念,目前的轻质合金都存在一些不足,如铝合金断裂韧性差;钛合金变形抗力和耐磨性差,不易切削,价格昂贵;镁合金对应力集中很敏感,而且在潮湿大气中的耐蚀性较差,这些问题都限制着目前轻质合金的发展与应用。高熵合金(HEA)凭借其优越的力学性能以及功能特性,成为当今材料领域的一大研究热点。然而,大多数高熵合金
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近年来,随着结构材料日益趋于轻量化,各应用领域对轻质合金的需求愈加强烈。但是,受限于传统合金的设计理念,目前的轻质合金都存在一些不足,如铝合金断裂韧性差;钛合金变形抗力和耐磨性差,不易切削,价格昂贵;镁合金对应力集中很敏感,而且在潮湿大气中的耐蚀性较差,这些问题都限制着目前轻质合金的发展与应用。高熵合金(HEA)凭借其优越的力学性能以及功能特性,成为当今材料领域的一大研究热点。然而,大多数高熵合金多组分的设计必然使其具有较大的密度,这将限制其广泛应用。基于此,轻质高熵合金(LWHEA)应运而生,其拥有比其他高熵合金更低的密度,并通过对其成分的设计和调控,可以获得比传统轻质材料更高的强度和硬度,同时还可具备优秀的抗高温氧化性能以及耐腐蚀性能,这对其在航空航天等领域的应用具有巨大优势。本文针对目前轻质高熵合金塑性较差的问题,设计了一种新型AlxCuyFeMnTiV轻质高熵合金,通过机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)进行制备,并对其球磨工艺和烧结工艺进行了探索,研究了不同球磨时间下合金粉体的合金化行为,以及不同烧结温度下合金块体的组织性能。另外,通过改变Al和Cu元素的含量,研究了合金元素对AlxCuyFe Mn Ti V系轻质高熵合金的相结构转变、组织性能变化以及腐蚀行为的影响。研究结果表明:经过36 h球磨,即可获得BCC结构的合金化粉末;在不同温度下进行烧结后,其相结构转变为BCC基体相+(B2+FCC+HCP)析出相。高熵合金的显微硬度和压缩强度随烧结温度的升高而先增大后减小,在1050℃烧结的高熵合金,显微硬度达到618.44 HV,并具有418.79 MPa·cm~3·g-1的高比强度,显示出较佳的综合力学性能。高熵合金中的Al元素促进了BCC相的形成,并随Al含量的上升,合金的密度减小,显微硬度和压缩强度也有所提升,另外,合金耐磨性和耐腐蚀性能也得到了提升,但Al含量过高,则会使合金的塑性变差,强度降低。而Cu元素会造成合金中FCC相的析出,使其密度增大,显微硬度和压缩强度降低,适量的Cu元素有利于合金塑性的改善,使其获得良好的强度与塑性的结合,而Cu元素过多则会造成其耐磨性能和耐腐蚀性能降低。
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