含镁高熵合金组织结构及其性能

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合金的设计一直被传统的设计理念所束缚,而传统的合金越来越难满足生产生活的需求。高熵合金作为一种新兴的合金材料,具备诸多优异性能。同时镁作为轻质储氢材料被广泛的研究,但其储氢性能存在不足之处,合金化是改善其储氢性能的重要方法。采用高熵合金的设计理念,利用机械合金化的方法制备含镁高熵合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金的微观组织及相结构,并研究含镁高熵合金的储氢性能、电化学性能、耐腐蚀性能、磁性能。结果如下:(1)高熵合金Mg1.7AlFeCuCr、Mg2TiMFeNiCr(M=V,Al,Mn)、Mg2Ti2VCu0.5Ni0.5Co、Mg2TiVCuNiCr相结构中均出现了BCC1结构的固溶体相结构,其中Mg1.7AlFeCuCr为单相的BCC1结构,Mg2Ti2VCu0.5Ni0.5Co为双相固溶体结构(BCC1+FCC),其余四个合金样品中均出现了未能固溶的组元单质;Mg1.7AlFeCuCr、Mg2TiAl FeNiCr、Mg2TiVFeNiCr、Mg2TiVCuNiCr在300℃、4 MPa均能进行吸/放氢反应,其中Mg2TiAl FeNiCr最大吸氢量为1.50 wt%,四种合金的放氢平台压较纯镁高,说明比纯镁更易进行放氢反应。在25℃时合金的电化学容量低,合金Mg2TiVFeNiCr最大容量为93.7 mAh/g,温度升高,容量增大,在70℃时合金Mg2TiVFeNiCr的最大电容量为212.3 mAh/g,但合金电极的电化学循环稳定性较差。(2)对含镁高熵合金Mgx TiAlFeNiCr(x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.2)的热力学参数进行理论计算表明:当x=0.61.4时,当热力学参数:-14.13 KJ/mol≤ΔHmix≤-6.76 KJ/mol,8.68%≤δ≤9.77%,1.70≤Ω≤3.36,15.00%≤(35)Rmax≤17.50%时,合金为单相BCC1结构;当x=1.61.8时,当热力学参数:-5.40 KJ/mol≤ΔHmix≤-4.19KJ/mol,10.03%≤δ≤10.15%,4.14≤Ω≤5.24,14.20%≤ΔRmax≤14.70%时,合金为双相BCC结构(BCC1+BCC2);当x=2.02.2时,当热力学参数:-3.10 KJ/mol≤ΔHmix≤-2.13 KJ/mol,10.23%≤δ≤10.29%,6.95≤Ω≤9.92,13.30%≤ΔRmax≤13.70%时,合金的相结构为BCC1+BCC2+Mg,即随着ΔHmix、δ、Ω的值逐渐增大、(35)Rmax值的逐渐减小,高熵合金从单相结构向多相结构转变。该理论计算结果将对以后含镁高熵合金的设计提供理论依据;高熵合金在10%HCl溶液和3.5 wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性能进行研究表明:随着镁元素含量的增加,合金的耐腐蚀性能逐渐降低,且在3.5wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性能强于镁合金;此外,对高熵合金的磁性能研究发现合金的矫顽力在10 Oe300 Oe之间,可应用于半硬磁合金领域。
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