【摘 要】
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高熵合金设计理念的提出,给金属材料的研究指出了新的研究方向。目前,高熵合金研究领域尚存在结构特征、变形机理和加工成型等诸多亟待解决的难题,同时,含有更少的主元合金元素且性能优异的中熵合金渐渐进入人们的视野。通过添加特定的微量合金元素可以进一步调控中熵合金的强化机制,改善合金性能,拓展中熵合金在汽车、飞机和航空系统等先进工程领域的应用。本论文首先采用真空电弧熔炼法结合热锻和冷轧工艺制备了厚度约为1.
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高熵合金设计理念的提出,给金属材料的研究指出了新的研究方向。目前,高熵合金研究领域尚存在结构特征、变形机理和加工成型等诸多亟待解决的难题,同时,含有更少的主元合金元素且性能优异的中熵合金渐渐进入人们的视野。通过添加特定的微量合金元素可以进一步调控中熵合金的强化机制,改善合金性能,拓展中熵合金在汽车、飞机和航空系统等先进工程领域的应用。本论文首先采用真空电弧熔炼法结合热锻和冷轧工艺制备了厚度约为1.0~1.5 mm的(CoNiFe)95AlxTi5-x(x=1,2,3,4)中熵合金薄板;其次,设置不同的温度和时间参数对轧板进行退火处理。采用XRD、SEM等分析手段研究不同的Al、Ti合金元素添加量及锻造和轧制等塑性变形工艺对合金的组织和性能的影响,并依次对比讨论了不同的退火温度和时间对(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金组织和性能的影响。研究发现,微量的Al和Ti元素添加后,铸态(CoNiFe)95AlxTi5-x(x=1,2,3,4)中熵合金仍保持单一的面心立方(FCC)结构。轧态合金出现了少量L21第二相,且加工硬化现象明显,强度和硬度较高。随着Al含量的减少,Ti含量的增加,合金的耐腐蚀性能略有提升。其中,轧态(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金的综合性能较优,其抗拉强度和延伸率分别为1384.6 MPa和15.6%,且自腐蚀电位最正,自腐蚀电流密度最小,腐蚀速率较慢,耐腐蚀能力较佳。不同退火处理条件下,(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金仍为面心立方(FCC)结构,退火处理导致L21纳米第二相含量增加。退火温度较低时,(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金的组织较轧态(未退火处理)组织变化不大。合金的再结晶温度在600~800℃之间。随着退火温度的升高,不同时间退火处理合金的晶粒均逐渐发生再结晶并长大,导致晶粒大小发生较大变化。温度较高时,合金中出现尺寸为100μm的大晶粒,但仍以小晶粒组织为主且退火孪晶较多,合金的层错能较低。退火时间的延长有利于组织均匀化,尤其是退火温度较高的情况下。相较于轧态合金,退火温度升高,(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金的抗拉强度和硬度先增大后减小,退火温度升至900℃及以上,合金的加工硬化被完全消除,塑性得到恢复甚至提升。800℃退火处理10 h后,(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金的抗拉强度为1005.2 MPa,延伸率为19.9%;退火温度升高到1000℃,处理10 h后,合金的强度有所降低,但塑性得到极大改善,延伸率大幅提高到59.4%。相较于退火温度,退火时间对合金的力学性能的影响较小,尤其是退火时间较短时(≤1h)。(CoNiFe)95Al2Ti3中熵合金的电化学性能受退火温度和时间的影响均较大。较短时间(0.5 h)退火处理时,合金在退火温度为900℃时的自腐蚀电位最正,较耐腐蚀,但自腐蚀电流密度相对较大,腐蚀速率较快;延长退火时间(≥1h),合金获得最正自腐蚀电位的退火温度为800℃。
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