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由四种及以上主要元素组成的固溶体高熵合金具有简单的组织、较高的硬度和强度、优异的高温和低温力学性能、良好的耐磨耐腐蚀性能以及良好的电磁性能等特点而被誉为近代金属材料的三大突破之一,也是当代金属材料的研究热点之一。因此,高熵合金在新型结构材料和功能材料方面潜力巨大。然而,高熵合金作为一种新型金属材料在设计准则、合金元素的协同作用、性能强化机制以及物理、化学性能方面的研究仍显不足。由Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni六种元素设计而成的五元等摩尔或近等摩尔高熵合金表现出简单的固溶体结构、良好的塑性和可加工性能,但其硬度和强度较低。此外,合金化元素对其力学、化学和磁学性能的影响机理尚不明确,元素间的协同作用对合金性能的影响仍不清楚。因此,本文采用机械合金化和热压烧结工艺制备了CoxCryCu Fe Mn Ni系粉体和块体高熵合金,系统地研究了Co、Cr元素及合金化元素协同作用对该合金体系的机械合金化行为、相形成机制、微观组织、室温力学性能、化学性能和磁学性能的影响规律,为高熵合金在高温结构材料、耐蚀材料和磁性材料方面的应用提供理论和试验基础。通过深入的研究与分析,主要的研究结果如下:(1)机械合金化过程中,CoxCryCu Fe Mn Ni系高熵合金粉末主要由单一FCC固溶体或FCC+BCC固溶体组成,并且Co含量的增加,使合金物相由FCC+BCC结构转变为单一的FCC结构;Cr含量的增加,使合金物相由单一FCC组织向FCC+BCC结构转变。热压烧结后,Co0合金由富Cr的FCC1主相、富Cu的FCC2次要相和少量?相组成;Cr2.0合金由富Cu的FCC2主相、富Cr的FCC1次要相和少量?相组成;其它块体合金均由FCC2主相和FCC1次要相组成。CoxCryCu Fe Mn Ni系块体高熵合金中FCC和BCC固溶体的形成主要依赖于FCC形成能力和BCC形成能力的竞争机制。当满足时合金中易形成BCC+FCC或BCC相结构;当时,合金中易形成FCC+BCC或FCC相结构。(2)CoxCryCu Fe Mn Ni系块体高熵合金的硬度和屈服强度随Co含量的增加而降低,随Cr含量的增加而增加。Co0和Cr2.0合金的硬度和屈服强度较高,分别达到543 HV、1660 MPa和523 HV、2130 MPa,这主要归因于?相的析出强化和富Cr的FCC1相的固溶强化,其他合金的强化机制主要是固溶强化。(3)在3.5%Na Cl溶液中,CoxCryCu Fe Mn Ni系块体高熵合金的icorr和Vcorr均随Co、Cr含量的增加而降低,其中Co2.0和Cr2.0合金的icorr、Vcorr相对较低,其转移电阻Rp和钝化膜的相对厚度CPE1-1相对较高,表现出较好的耐蚀性能。Co元素改善合金耐蚀性能的机制主要是Co促进合金表面形成Co(OH)2吸附层,增强了Cr2O3和Ni(OH)2所组成的钝化膜的稳定性;Cr元素改善合金耐蚀性能的机制主要是Cr元素促进合金表面形成的Cr2O3钝化膜更致密,抑制或延缓了腐蚀介质的进一步侵蚀。该合金体系的氧化动力学曲线近似遵循抛物线规律,Co含量增加导致抗氧化性能降低,而Cr含量增加提高合金的抗氧化性能。其中,Cr2.0合金在快速氧化和缓慢氧化阶段均具有最低的Kp值,分别为2.29?10-11和3.46?10-12 g2 cm-4 s-1,表现出最佳的抗氧化性能。氧化产物主要为Mn3O4、Mn2O3、Cr2O3和(M,Cr)3O4型尖晶石结构的氧化物,其氧化机制主要是选择性氧化。(4)Co元素有利于提高CoxCryCu Fe Mn Ni系高熵合金粉末和块体的Ms值,而Cr元素相反。Cr0合金粉末的软磁性能最好,其Ms和Hc分别为84 emu/g和6 Oe,烧结后Cr0高熵合金块体材料的Ms和Hc分别为5 emu/g和11.5 Oe,其软磁性能因磁性相晶粒尺寸的增加而显著下降。CoxCryCu Fe Mn Ni系粉体和块体合金的磁滞回线均表现出典型的非对称现象,其中Co1.0合金的磁滞回线整体偏移到坐标一侧并呈现近似2Hc的较大偏移量。(5)FCC相(FCC1和FCC2相)和BCC相(或?相)的竞争机制引起的物相结构的转变及组元分布是影响CoxCryCu Fe Mn Ni系高熵合金的微观组织、力学性能、化学性能和物理性能的主要因素。首先,Crequiv的增加促进?相的形成和FCC1相含量的增加,而Coequiv的增加抑制?相的形成并促进塑性FCC2相含量的增加。强化相?相和FCC1相含量的增加显著提升了高熵合金的硬度和屈服强度,但降低了合金的塑性。其次,Crequiv的增加促进FCC1含量增加的同时,也提高了FCC1相中耐蚀元素Cr的含量,使合金在腐蚀介质或高温环境较易形成钝化膜,钝化膜的致密性和厚度也随Crequiv增加而增加,尤其在Coequiv较低时更为明显,因此,低Coequiv高Crequiv的合金具有更好的耐蚀和抗氧化性能。最后,Crequiv的增加对磁性相含量及磁性相中铁磁性元素的相对含量影响较小,而Coequiv的增加可较大幅度提高磁性相含量及磁性相中铁磁性元素的相对含量,因而对合金Ms值的影响较为显著,尤其是在Crequiv较低时Coequiv的影响更明显,因此通过协调Coequiv的增幅和Crequiv降幅可获得软磁性能良好的高熵合金粉末或块体材料。