高熵合金简介.docVIP

高熵合金（High-entropy alloys）简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种。例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的材料。 产品性能 研究发现有些高熵合金的比强度比传统合金好很多，而且抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好。高熵合金在2004年以前就已问世，但在2010年代才有许多相关的研究。 合金 合金，就是两种或两种以上化学物质（至少有一组分为金属）混合而成具有金属特性的物质，一般由各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而得。 合金至少会以下三种中的一种：元素形成的单一相固态溶液，许多金属相形成的混合物，金属形成的金属互化物。固态溶液的合金其微结构有单一相，部分为溶液的合金则是有二相或二相以上，其分布可能是匀相，也可能不是匀相，依材料冷却过程的温度变化而定。金属互化物一般会有一种合金或纯金属包在另一种纯金属内。 由于合金一些特性比纯金属元素要好，因此会用在特定的应用中。合金的例子包括钢、焊料、黄铜、白镴、磷青铜及汞齐等。 合金的成分一般是以质量比例来计算。合金依其原子组成的方式，可以区分为替代合金或间质合金，又可以进一步区分为匀相（只有一相）、非匀相（不止一相）及金属互化物（两相之间没有明显的边界）。 传统合金设计通常以某一元素作为主要组元,通过添加其它合金元素来改善其某项性能指标。高熵合金的出现打破了传统合金设计理念,其采用5至13种元素按照等原子比或近似等原子比合金化,每种组成元素其原子百分含量不小于5%,最多不大于35%。高熵合金具有高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应四大效应,在各种效应的作用下,高熵合金通常拥有很多良好的性能,如高强度、高硬度、高耐蚀性和高耐磨性等。因此开发设计新型高熵合金,具有极高的科学理论研究意义和工程实际应用价值。目前高熵合金的研究工作多集中于相组成、性能和成分设计方面,甚少对其塑性变形机理进行研究。因此本论文自主研发Ni-Ti-Fe-Al-Cu系列合金,通过改变镍钛元素的含量,制备出新型高熵合金和镍钛基合金。通过多种实验手段,对其微观结构、力学性能和高温塑性变形机理进行分析研究。Ni_xTi_xFe_(100/3-2x/3)Al_(100/3-2x/3)Cu_(100/3-2x/3)系合金(采用Ni20、Ni26、Ni32、Ni35、Ni41、Ni47表示x=20、26、32、35、41、47时的合金)中的高熵合金显微组织形貌均为树枝晶组织,组成元素在枝晶与枝晶间有偏析,分布不均匀；镍钛基合金均为等轴晶组织,各元素大体上分布比较均匀。高熵合金由简单的固溶体结构相组成,Ni20合金由面心立方和体心立方相构成,镍钛元素含量增加时,体心立方相会逐渐增多取代面心立方相,Ni35合金中只含有体心立方相。Ni41镍钛基合金基体为Fe_(0.2)Ni_(4.8)Ti_5相,析出相为NiTi、AlTi_3和Cu_2Ti,Ni47镍钛基合金基体为NiTi相,析出相为Fe_(0.2)Ni_(4.8)Ti_5和AlCu_2Ti。在应变速率为1×10~(-3)/s条件下进行室温压缩时,高熵合金中Ni26合金抗压强度最高为1385MPa,Ni20合金塑性最好,最大压缩应变可达10.23%；镍钛基合金中Ni41合金抗压强度最高为2023 MPa,Ni47合金的最大压缩应变值最大可达35.77%；合金都表现为脆性断裂,部分压缩断口形貌中可观察到河流状花样,具有解理断裂特征。在应变速率为1×10~(-3)/s条件下进行高温压缩时(压缩温度分别为850℃和1000℃),Ni20合金表现出了最大压缩应变量,可达50%,因而其高温塑性最好。基于高温位错滑移理论、第二相沉淀析出相关理论以及Ni20合金高温变形实验结果,获得了高熵合金高温塑性变形机理。在高温压应力作用下,滑移系开动和激活,位错沿一定滑移面和滑移方向运动,随着变形的增加,位错密度不断上升,位错相互缠结和塞积,产生位错强化作用,同时固有析出物颗粒产生第二相强化作用,表现为流动应力的增加；随着变形的继续增加,当位错密度达到一个临界值时,位错密度较高的区域会累积较高的能量,可以提供足够变形储能诱导析出新的第二相,这将会使位错密度下降,同时塞积在固有第二相处的位错会切过和攀移越过第二相,滑移运动继续进行,最终位错增殖与位错湮没动态平衡,进入稳态变形阶段。 高通量是相对于第一代测序的，第一代测序只能一次测1个样品的1段序列，产生的数据量相对来