BCC/B2共格析出的Al-TM高熵合金成分与组织设计及其性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:catticc
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Al-TM(transition metal)高熵合金以其具有高强度硬度、高温组织稳定性、抗氧化、软磁性能等在结构材料和功能材料应用方面得到了广泛关注,这些优异性能主要源自第二相粒子在固溶体基体析出的特殊共格组织。类似于Ni基高温合金,在体心立方(BCC)基体中析出立方形的B2纳米粒子的共格组织会使合金得到突出的高温力学性能;类似于Fe基纳米晶合金,在B2基体中析出球形磁性BCC纳米粒子的共格组织会使合金具有较好的软磁性能。然而,对于Al-TM高熵合金来说,球形或立方形的共格纳米粒子较难形成,由于成分差异较大,BCC/B2共格组织往往倾向于形成编织网状的调幅分解组织,严重降低了合金性能。研究表明析出相与基体间的点阵错配度?在决定析出粒子形状和大小中起到关键作用,因此可以通过调整Al-TM高熵合金中TM的比例来调控基体和第二相的成分及点阵错配,得到期望的共格组织。本文在团簇式成分设计理论指导下进行组织调控得到合金成分,通过电弧熔炼技术和热处理制备系列Al-TM高熵合金,并通过多种实验手段对其相结构、微观形貌及力学和软磁性能等进行表征,主要结论如下:(1)铸态Al0.7NiCoFe1.5Cr1.5合金具有BCC基体中析出大小为60120 nm立方形B2纳米粒子的微观共格组织,并且直至823 K下保温2 h后B2粒子大小仍能保持基本不变;即使在773 K下保温1080 h,立方形B2纳米粒子仍然稳定,没有任何粗化,显示出立方形B2纳米粒子良好的微观组织稳定性;并由于析出强化机制使合金最终获得了较高的强度,合金室温下压缩屈服强度为1523 MPa;(2)Al1.5(Co,Fe,Cr)7系列高熵合金均表现出较好的软磁性能。特别是773 K/24 h下处理的Al1.5Co3Fe3Cr,具有24 nm球形BCC纳米粒子在有序B2基体上析出的微观共格组织,表现出优异的软磁性能即饱和磁化强度(MS)为146.3 emu/g,矫顽力(HC)为111 A/m(1.4 Oe),居里温度(TC)为1059 K,室温电阻率(?)为276??·cm;其使用温度高达873 K,即使在873 K下热处理480 h软磁性能仍保持稳定;(3)在Al-TM高熵合金体系中,点阵错配度?在决定析出粒子形状和大小上起到关键作用:?<0.2%时合金有利于形成25 nm的球形纳米粒子;?=0.40.5%有利于形成60120 nm的立方形纳米粒子;(4)适当热处理条件下得到细小的BCC纳米粒子可以实现低HC;软磁高熵合金的成分设计应考虑足够含量的铁磁元素(特别是Fe和Co)并适当提高Co/Fe比例来最大程度上提高饱和磁感应强度BS
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