【摘 要】
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高熵合金独特的合金设计和显著的高熵效应,使得其形成的高熵固溶体合金在很多性能方面具有潜在的应用价值。面心立方型高熵合金具有优良的塑性和韧性而备受关注,但强度较低限制了此类高熵合金在高端工程材料领域的应用。因此本文选用B和Y元素作为强化元素的FeCoNi1.5CuB0.5Y0.2高熵合金作为研究对象,采用高能球磨法制备合金粉末,然后利用微波烧结法成型,最后进行热处理,以期通过优化关键制备参数及热处理
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高熵合金独特的合金设计和显著的高熵效应,使得其形成的高熵固溶体合金在很多性能方面具有潜在的应用价值。面心立方型高熵合金具有优良的塑性和韧性而备受关注,但强度较低限制了此类高熵合金在高端工程材料领域的应用。因此本文选用B和Y元素作为强化元素的FeCoNi1.5CuB0.5Y0.2高熵合金作为研究对象,采用高能球磨法制备合金粉末,然后利用微波烧结法成型,最后进行热处理,以期通过优化关键制备参数及热处理的方法提高高熵合金的综合机械性能。通过XRD、SEM、EDS、TEM、网络矢量分析仪、显微维氏硬度计、压缩试验机、纳米压痕等测试,取得了以下主要研究结论:(1)研究了高能球磨时间对FeCoNi1.5CuB0.5Y0.2高熵合金的影响,得出:在300r/min的球磨转速下,球磨时间为20h后已经初步合金化,其90%颗粒所达到的粒径Dv(90)为44.70μm。当球磨时间达到40h时,大颗粒明显细化,其DV(90)为28.72μm,并且元素间的固溶效果更好。当球磨时间达到60h时,粉末进一步细化,粒径在1μm以下的占比明显增大,表明经过较长时间球磨后合金粉末已较大程度得到破碎细化。进一步延长到80h后,粉末出现了焊合现象而形成团聚体,并且部分粉末被氧化污染。因此优化得到的最佳高能球磨时间为60h。(2)研究最佳球磨时间下粉末的吸波性能,取高能球磨60h后的粉末在2~18GHz进行测试,表明合金粉末出现多重介电特性和磁共振峰。在匹配厚度为3.0mm,频率8.23GHz的反射损耗为最低值-32.1d B。而在微波烧结频率2.45GHz下,其4.5mm匹配厚度的反射损耗仅为-3.2d B,需要碳化硅加热腔起到辅助加热作用。(3)研究了微波烧结温度对FeCoNi1.5CuB0.5Y0.2高熵合金的影响,得出:当烧结温度为800℃时,物相分析表明已经形成了FCC相和金属间化合物M3B(M=Fe,Co,Ni)。而随着烧结温度的升高,XRD分析表明Cu元素逐渐溶入主峰(111)FCC,并逐渐向小衍射角度偏移。烧结温度达到850℃时,HCP相烧结形成。当烧结温度提高到950℃时,Cu元素完全溶入。当烧结温度达到1000℃时,HCP相还观察到有孪晶颗粒YB6相。从性能来看,微波烧结温度达到950℃时,显微硬度为285HV、压缩强度为1077.25MPa。当温度达到1000℃时,致密度达到最大值为92.33%,但显微硬度和压缩强度均降低,而压缩塑性则提高到最大值20.56%。(4)研究了热处理对微波烧结FeCoNi1.5CuB0.5Y0.2高熵合金的影响,得出:随热处理温度的提高,(111)FCC和(200)FCC向大衍射角方向偏移。当热处理温度为900℃时,FCC相晶粒内析出颗粒相,与XRD分析中的Cu元素析出相一致。当热处理温度为950℃时,组织形貌无明显长大和相变过程。当热处理温度达到1050℃,晶粒明显长大,并且元素Y更加团聚。从性能来看,致密度均随热处理温度的提高而增大,致密度最大值达到97.14%。热处理温度1050℃的试样硬度比温度950℃的试样降低了16HV,但压缩强度和压缩塑性大幅提高到1275.32MPa和29.30%。通过纳米压痕表明,热处理1050℃时HCP相的纳米硬度大幅提高到9.24GPa。
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