含硼高熵合金的制备以及成分、结构和性能优化研究

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高熵合金打破传统金属以单一元素作为主元的限制,其成分的可设计性和可调节性有利于形成特殊的微观组织结构,进而获得超高的强度。在高熵合金中添加少量间隙原子B就可起到显著的固溶强化效果,因此,对含硼高熵合金的研究具有重要的意义。然而,当添加过量的B元素时,易形成脆性硼化物相,对合金的塑性产生不利影响。针对上述问题,本文采用机械合金化结合放电等离子烧结(SPS)方法来制备致密含硼高熵合金。该方法操作简单且高效,其中利用高能球磨制备高熵合金粉末,能提高B元素在高熵合金中的固溶度;同时放电等离子烧结(SPS)能够实现快速烧结,有效抑制硼化物相的形成。充分体现出粉末冶金法制备高熵合金的优势,为以后高熵合金的工业提供有益借鉴。为了抑制大量硼化物相的形成,本文从硼化物的组成元素出发。通过改变FexCo Ni Al Cr B合金中的Fe元素含量(x=0.5,0.7,0.9,1.0,1.5),观察B原子在合金中的固溶情况以及硼化物相的演变情况。结果表明,随着Fe含量增加,硼化物相先减少后增加,随后因FCC相形成而再次减少。当Fe含量为27.27 at.%时(即x=1.5),合金因FCC相的存在而获得较好的断裂韧性,此时合金磨损率最低,达到W=0.76×10–5mm~3/(N·m)。由于Cr元素与B元素之间同样容易形成硼化物相,因此通过改变Fe Co Ni Al CryB合金中的Cr元素含量(y=0.5,0.7,1.0,1.2),观察B原子在合金中的固溶情况以及硼化物相的演变情况;并对烧结块体进行高温退火处理,观察退火前后合金中硼化物相的存在形式变化。结果表明,随着Cr含量增加,硼化物相容易出现粗化现象。而当Cr含量为23.08 at.%时(即y=1.2),硼化物相周围出现FCC相,并随着热处理温度的升高,其面积逐渐增大,使得合金断裂韧性得到明显提高,达到为7.2±0.4 MPa·m1/2,此时合金硬度值仅损失了4.7%。最后,为实现无压烧结制备高致密化FeCoNiAlCrBzYs高熵合金,通过降低B元素含量(z=0,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0)以及添加微量稀土Y元素(s=0,0.05,0.1,0.2)来抑制硼化物相的形成。结果表明,降低合金中的B含量,能够有效降低合金中硼化物相含量。而过量稀土Y元素的添加反而使得合金基体结构受到破坏,致密化程度降低。
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