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Al、Ti、Ni添加制备CuZr等原子比合金及结构和性能 报告人：**- 导师： 汇报内容 1 研究背景及意义 高熵合金的定义 定义：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔比或近等摩尔比 混合形成的固溶体合金。 判断： 3 (两种元素以等摩尔混合) 当 n=2 时，ΔS= 0.693R， 当 n=5 时，ΔS= 1.61R 当 n=6 时，ΔS= 1.79R 当 n= 9时，ΔS= 2.20R 高熵的定义标准 原子半径差控制在15%左右； 每一种主元的含量需要＞5%，小于35 %； 主元数目应大于5，最好不超过13 1 研究背景及意义 高熵合金的分类 按熵值对高熵合金进行分类可以分为：低熵合金、中熵合金、和高熵合金。分类的示意图如下图所示： 4 0.69R△S1.61R 2 高熵合金的特性与制备方法 高熵效应和迟滞扩散效应 高熵效应：高熵合金中元素种类较多，因此合金系统具有较高的熵值，而金属间化合物的相是有序的，从而其混合熵较低，因此金属间化合物的形成得到抑制而倾向于产生结构简单的晶体或者非晶相，从而产生了高熵效应。 迟滞扩散效应：应近几年，Yeh等人研宄发现HEAs与不锈钢和纯金属相比，其元素的扩散速率最低，这导致HEAs产生迟滞扩散效应。这种效应导致晶体形核容易但是长大难，因此通常用于解释HEAs中纳米尺寸析出物的产生。 5 2 高熵合金的特性与制备方法 晶格畸变效应和鸡尾酒效应 晶格畸变效应：HEAs是多组元等原子比组成，因此组成元素占据晶格位置的比例是相等的，但是每种元素的原子半径差值较大，将会导致严重的晶格畸变，这将导致合金的晶格畸变能增加，从而导致固溶强化作用加强。这往往导致HEAs具有较强的强度与硬度等优异的性能。 鸡尾酒效应：鸡尾酒效应表明了通过改变合金的组成成分可以改变合金相应的性能。在HEAs中，添加一种特定的元素可以获得某种特定的优异的性能，然而这种性能是由单一元素不能获得的。 6 2 高熵合金的特性与制备方法 铸造法 铸造法：制备高熵合金最常用的铸造法是真空熔炼法。 7 等离子熔覆法 粉末冶金法 等离子熔覆法：利用高能的电子束将基体上的高熵合金熔化，形成熔覆层。 粉末冶金：利用压制或者烧结把机械合金化的粉末制备成试样。 制备方法： 3 文献调研 文献一 机械合金化法和放电等离子烧结制备块体CuZrAl和CuZrAlTi中熵合金结构和性能 8 文献二 机械合金化法和放电等离子烧结制备块体CuZr等原子比合金和CuZrAlTiNi高熵合金结构和性能 文献的研究目的和意义 选择CuZr为原型、设计含CuZr等原子比合金为研究对象，添加非晶合金常用的Al、Ti、Ni元素，利用MA等原子比合金粉末，研究了不同组元等原子比合金粉末的微观结构和热学性能。 探索SPS烧结工艺，利用SPS烧结大块等原子比合金。同时对块体合金的相组成，微观组织，硬度及耐腐蚀性进行较为系统的研究。 文献研究的方案 基本研究路线 耐蚀性 SEM 极化曲线 机械合金化 SPS烧结 硬度 XRD（物相分析） DSC（差热分析） SEM（形貌观察） XRD（物相分析） SEM（形貌观察） 合金粉末 大块合金 机械合金化CuZrAl和CuZrAlTi等原子比合金粉末XRD分析 11 Fig. 1. XRD patterns of as-milled E3 ( a) and ( b) powders after different MA time. 球磨10 h,Al和Ti元素均完全固溶，出现富Zr-hcp和富Ti-hcp类型的固溶体附峰； 球磨20h后，只有非晶相及富Zr-hcp固溶体存在。 球磨30h后出现完全的非晶相。 Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering[J]. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. 球磨10 h,有富Zr-hcp类的固溶体相。 球磨到120 h，一个完全的非晶相产生，且到200h非晶相依然稳定的存在。 . 机械合金化CuZrAl和CuZrAlTi等原子比合金粉末DSC和形貌分析 12 Fig. 2. DSC traces of as-milled E3 and E4 alloys at 20 K/ min heating