1、合金元素Mo对高熵合金涂层与基体界面结合强度影响规律摘要：高熵合金是最近几年发展起来的一种新型合金体系,打破了传统合金以一种元素为主,而是由多种组元组成且各种组元的原子浓度几乎相等,并且可以通过热处理或改变合金成分,获得高强度、高硬度、耐腐蚀和耐髙温氧化等优异的性能组合。鉴于其具有广阔的应用前景,研究其相形成及转变特点、显微组织和力学性能等具有重要价值。本文主要研究了合金元素Mo对AlCoCrFeNiTiSiMo高熵合金涂层与基体界面结合强度的影响规律。采用高频感应加热技术制备高熵合金涂层，再对涂层铸态与退火态的硬度和耐磨性进行研究。研究发现高熵合金涂层具有较高的稳定性，经退火后，其硬度和耐磨
2、性小幅度下降，验证了高熵合金的耐回火软化特性。关键词：高熵合金，涂层，力学性能Mo alloy elements of high entropy alloys coating and substrate interface bonding strength are studiedHigh entropy alloys is developed in recent years a new type of alloy system, breaking the traditional alloy is given priority to with one element, but various g
3、roup composed of multiple set of yuan yuans atomic concentration was almost equal, and can be changed by heat treatment or alloy composition, high strength, high hardness, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance and other excellent performance. Given its will have broad prospe
4、ct of application, studies the characteristics of phase formation and transformation, microstructure and mechanical properties have important value. This paper mainly studied the Mo alloy elements of Al Co Cr Fe Ni Ti Si Mo high entropy alloys coating and substrate interface bonding strength are stu
5、died. By high frequency induction heating, the fabrication of high entropy alloys coating to coating hardness and wear resistance of the as-cast and annealed states were studied.The study found that the high entropy alloy coating with high stability, after annealing, the hardness and wear resistance
6、 are not dropped, resistant to tempering softening characteristics of high entropy alloys was verified.Key words: High entropy alloys, Coating, Mechanical Properties目录1.绪论11.1引言11.2 选题目的和意义11.3 课题主要内容22.文献概述42.1高熵合金理论42.1.1高熵合金的定义42.1.2 理论依据42.2高熵合金的制备62.2.1电弧炉炼法62.2.2高频感应炉加热熔炼92.2.3 激光熔覆技术92.2.4 高频
7、感应熔覆技术92.3 高熵合金的组织与性能特点102.3.1 高熵合金的组织特点102.3.2 高熵合金的性能特点112.4 高熵合金的四大效应132.5 高熵合金的应用前景133.力学性能试验153.1 试样的制备153.1.1基体的选择153.1.2原料的选择163.3.1高熵合金涂层的制备173.2 维氏硬度试验183.2.1 仪器介绍183.2.2 试验原理203.2.3 主要技术参数203.2.4 试验操作步骤213.2.5 注意事项223.2.6 测量试样233.2.7 试验结果分析303.3 摩擦磨损试验313.3.1仪器介绍313.3.2 试验原理323.3.3 操作步骤333
8、.3.4 试验内容333.3.5 结果分析38结论39参考文献40致谢42I1.绪论1.1引言在漫长的历史长河里，材料的的发展对人类文明的进步有着极大的影响，材料的发展情况决定着社会的进步的程度。人类经历了旧石器时代、新石器时代、青铜时代和铁器时代。从青铜时代以后，金属材料进入了人类的生活，开创了人类物质文明的新纪元。几千年以来人类一直把金银铜铁锡等金属当作生产工具、生活用品、武器的主要原料。但纯金属的性能往往不能满足生产的需要，随着社会的发展，人类知识水平的进步，工业革命以后, 特别是近百年来, 人类开发的合金系统犹如雨后春笋, 加工工艺更是突飞猛进。这一切造就了当今制造业空前繁荣的局面,
9、也极大的提高了人类的生活水平。合金，是由两种或两种以上的金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。传统的合金材料几乎都是以1 种金属元素为主, 添加不同的合金元素获得具有某些特殊性能的合金。例如以铁为主元的钢铁材料, 以铝为主元的铝合金, 以铜为主元的铜合金等。传统合金的开发与研究始终被局限在以一元为主的思路内， 上百年的发展已经让新合金系的探索工作到了山穷水尽的地步。随着科技的发展，人类对材料的物理和力学性能的要求越来越高，传统合金、传统制备方法已经很难满足这种需求，因此，各种各样的加工方法被用来提高材料的性能。如快速凝固法，机械合金化法，喷射成型法，半固态制造法，等角挤压法，交附挤
10、压法，超塑性成型法等等。人类在不断改造合金加工工艺的同时，也对新型材料展开了探索。2004年，中国台湾学者叶均蔚等突破材料设计的传统观念,提出了新的合金设计理念：把多种元素都作为其基本组元，而不再是传统合金体系中以一种或这两种元素为主。1.2 选题目的和意义材料、信息、能源被称为现代科学技术的三大支柱，而材料又是一切技术发展的物质基础。任何新的技术成就，莫不仰赖于各种相互匹配的新型材料，而新型材料中金属材料是其重要的一个方面，例如航空、航天工业所需的高温合金，核工业的核燃料、核反应堆材料，现代信息技术使用的硅、锗等半导体材料、新型磁性材料等。由于这些新技术的发展又推动研制新的材料品种和发展新的
11、冶金生产工艺和装备。由此可见，金属材料的开发和研究是科学技术的一个基本领域。多主元高熵合金有很多优异的性能，如较高的熔点、硬度和耐磨损能力、耐腐蚀能力、热稳定性、高温抗氧化能力等，因此被认为是有巨大发展潜力的新型合金体系。不但可以开发出大量的高科技材料，还可以采用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜等方法来制作块材、涂层或薄膜。通过合金元素的选择和含量的配比可以获得高硬度、高加工硬化、耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀、高电阻率、优异的磁电性能等特性组合，有很广泛的潜在应用领域。作为一个展新的研究与应用领域,由于高熵合金优异的综合性能,其应用将非常广阔。因此需要更多学者们去对高熵合金的相组成、
12、显微组织形成以及各方面的性能进行深入系统的研究,进一步探索合金显微组织与性能的关系,并根据相关理论研究设计出具有优良性能的高熵合金材料,促进高熵合金在工业上的广泛应用,具有至关重要的经济价值和社会价值。为了开发出最有研究和应用价值的合金,将金属合金特性发挥到极致,根据高熵合金的设计理念,我们需要对这一新型合金的合金化过程的机理以及其中涉及到的科学问题进行深入的认识,去进一步研究高熵合金凝固后的微观组织结构、相的成分以及一些性能等。因此,我们主要开展此方面的研宄工作,从系列实验中探索高熵合金组织和力学性能的形成机理及其影响规律。1.3 课题主要内容本课题为研究合金元素Mo对高熵合金涂层与基体界面
13、结合强度的影响规律。选取原材料Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si，的八主元高熵合金涂层，按摩尔比为1:1:1:1:1:X:0.75:0.25配置合金，X取1或者0。用高频感应熔覆熔铸AlCrCoFeNiMoTiSi高熵合金涂层，选取高速钢W18Cr4V为基体材料。研究合金涂层铸态与退火态的力学性能，主要做以下几方面的工作：l 确定合金元素摩尔质量，按摩尔比称取所需元素质量，进行配料l 利用高频感应加热技术制备高熵合金熔覆层l 制备两组试样，每组包括一个含Mo的高熵合金涂层试样和一个不含Mo的高熵合金涂层试样l 利用维氏硬度计测试合金的硬度，用合金试样在HV-100型维氏硬度计上测定
14、其硬度值l 利用摩擦磨损试验机测定涂层的摩擦磨损性能l 通过以上实验数据，分析合金的力学性能变化规律，并得出相应结论l 总结试验结论，编写毕业设计2.文献概述2.1高熵合金理论2.1.1高熵合金的定义目前，高熵合金一般被定义为由五种或者五种以上的元素组元，每组元的含量在5%到35%之间，按照等原子比或接近等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体的一类合金。简言之，在五元合金相图中，在中间位置存在固溶体相区，这种固溶体目前认为是混合熵稳定的固溶体。已经报道的典型合金有：叶均蔚等发现的以 CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金；张勇等发现的以 A1CoCrFeNi
15、为代表的体心立方固溶体结构的合金。2.1.2 理论依据熵是热力学上代表混乱度的一个参数, 混乱度越大, 熵就越大。一个物质系统的熵包括: 组态熵、混合熵、振动熵和磁性熵。对于高熵合金而言, 混合熵扮演了一个十分重要的角色。混合熵也称组态熵，组态熵随着合金中组元的组合方式的不同而不同，其组态熵也不同。熵（S）是热力学几率，组态熵S=KlnW。计算热力学几率，实际上是一个计算组合的问题， 设固溶体晶格中一共有N个结点，被A和B两类原子完全占据，一个结点上只能容纳一个原子，这两类原子的数目分别是NA和NB，现在计算这两类原子填充到结点上的组态数目。NA个结点被A类原子充填后，余下的NB个结点由B原子占据，此时只有一种组合，所以求两类原子的填充组合实际上是求NA个原子占据N个结点的组合数，一般N很大，例如1摩尔原子的晶体中，N就是阿夫加德罗常数6.02251023，所以计算阶乘时可以采用斯特林(Stirling)近似公式，即lnN!=NInN-N故组态熵为如果用摩尔分数表示成分，则上式为式中，Nk=R=8314Jmol-1K-1，即气体常数；cB摩尔分数，cB=NB/N。cB与（1-cB）都是小于1的正数，故它们的对数都是负的，所以组态熵Sm为正值。 进一步推广，当固溶体由几种原
