1、球铁基体表面熔渗高熵合金工艺及性能研究 摘要：高熵合金的提出是基于20世纪90年代大块非晶合金的开发，人们都致力于寻找具有超高玻璃化形成能力的合金。有人认为非晶或玻璃的原子混乱度高或熵高，而高熵必然导致高的玻璃化形成能力，所以有人提出一个混乱理论。但是，后来有学者发现高熵和高的玻璃化形成能力并不一致，倒是发现有些高混合熵合金可以形成单相固溶体。对此，叶均蔚等认为这种固溶体是高混合熵稳定的固溶体，因此命名为高熵合金。 涂层是涂料一次施涂所得到的固态连续膜，是为了防护，绝缘，装饰等目的，涂布于金属，织物，塑料等基体上的塑料薄层。近年来,金属表面的涂层引起了人们极大的注意。金属表面涂层可提高零件的耐
2、腐蚀、摩擦、磨损和疲劳。利用高熵合金优良的机械性能，将其涂覆于普通金属基体表面获得高熵合金涂层，是高熵合金应用的一个重要方向。 为此，本论文通过完成高熵合金在球铁基体表面熔渗工艺实验；熔渗高熵合金的热处理；热处理后熔渗高熵合金显微组织观察；硬度测试力学性能等一系列 实验来研究高熵合金熔渗在不同金属基体材料上获得的熔渗层的组织和性能。关键词：高熵合金，涂层，表面熔渗 Ductile iron substrate surface aluminized high entropy alloys technology and performance study Abstract: This paper
3、presents the high entropy alloy is the development of bulk amorphous alloys based on twentieth Century 90s, people are committed to finding of alloy with high glass forming ability. Some people think that non crystalor glass atomic disorder or entropy is high, and the high entropy will inevitably le
4、ad to the high glass forming ability, so some people propose a chaos theory.However, later scholars have found that high entropy and high glass forming ability is not consistent, it is found that some high entropy of mixing alloy can form a single-phase solid solution. To this, Ye Junyu thinks this
5、kind of solid solution is a solid solution with high entropy of mixing and stable, so named for the high entropy alloy. The coating is a solid continuous film coating a coating obtained, for protection,insulation, decoration and other objective, coating on the metal, fabric, plastic thin plastic sub
6、strates. In recent years,coating on the surface of metal has aroused great attention. Surface coating of metal can improve the corrosion resistance of the parts, friction, wear and fatigue.Excellent mechanical performance using high entropy alloys, the coated in ordinary metal substrate surface to o
7、btain high entropy alloy coating, high entropy alloys is an important direction of the application. Therefore, this thesis through the completion of the high entropy alloy infiltration process experiment in molten ductile iron matrix surface; heat treatmentinfiltration of high entropy alloy; heat tr
8、eatment after infiltration of high entropyalloy microstructure observation; hardness testing mechanical properties of a series of experiments to study the high entropy alloy structure and properties of the layer obtained in different gold genus of substrate material on the infiltration.Keywords: hig
9、h entropy alloy, coating, surface infiltration 目 录1 绪论11.1高熵合金概述11.2选题的背景、论文研究的目的及意义21.3高熵合金的定义41.3.1熵的定义和计算41.3.2高熵合金的界定51.4高熵合金的特点及性能71.5高熵合金的组织特点81.6高熵合金的制备方法101.6.1电弧熔炼法101.6.2高频感应炉加热熔炼111.6.3其他熔炼方法121.7国内外关于高熵合金的研究现状121.8涂层131.8.1涂层介绍131.8.2涂层分类141.8.3涂层的应用151.9高熵合金涂层182.熔渗高熵合金试验的制备192.1配置高熵合金1
10、92.2粘接剂的配置192.3熔渗高熵合金试样的制备203.球墨铸铁熔渗高熵合金工艺研究213.1球墨铸铁的定义213.2球墨铸铁的组成结构213.3球墨铸铁的组织形态213.3.1金相抛光机的介绍213.3.2三目倒置金相显微镜介绍223.4球墨铸铁性能243.4.1球墨铸铁洛氏硬度测试243.5球墨铸铁的应用领域273.6 热处理炉加热熔渗高熵合金工艺283.7 感应加热熔渗高熵合金工艺294.球铁基体熔渗高熵合金组织及性能研究314.1八组元热处理炉加热熔渗高熵合金组织314.2八组元感应加热熔渗高熵合金组织314.3球铁基体熔渗高熵合金性能研究324.3.1维式硬度计介绍324.3.2
11、维氏硬度实验原理344.3.3维氏硬度的表示方法344.3.4维氏硬度试验的分类和试验力选择354.3.5实验操作步骤364.3.6实验注意事项364.3.7实验内容37结论40参考文献41致谢43IV1 绪论1.1高熵合金概述高熵合金的提出是基于20世纪90年代大块非晶合金的开发，人们都致力于寻找具有超高玻璃化形成能力的合金。通过已有的研究报道发现，高熵合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高热阻、高电阻等，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中继大块非晶之后一个新的研究热点1。目前，高熵合金的研究多是集中在铸态下的性能测试，我们知道铸态下的产品有着天然的
12、性能缺陷(如由于热胀冷缩造成的空洞、疏松等)，而对其热处理、热加工后的性能研究缺少有报道。有人曾预言，未来几十年内，最有发展潜力的三大研究热点是大块非晶、复合材料和高熵合金。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2。 传统
13、合金系统约有30种,其在特性上已经达到相当高的境界,但在许多方面仍然无法满足设计的需求,所以近年来,有更多的努力欲寻求突破,开发出了一些新的材料。如介金属材料、金属基复合材料、金属玻璃和无铅焊锡等。介金属材料主要为:NiAl、Ni3A1、Ti3Al、TiA1、FeAl、Fe3Al等。这种材料具有高刚性/密度比、高温强度/密度比以及抗氧化性能,但是它的延性和韧性都极差,因此开发了近20年,尚未能有具体突破,仅有极少量的应用;金属基复合材料是以Al、Ti、Ni为基材,氧化物及碳化物为强化相复合而成的金属材料。它具有高刚性、耐温性和耐磨性的优点,但是也有极为明显的缺点,如它的强化相难以均匀分布、含孔
14、洞、低韧性,使用可靠度也比较低,因此未能取代钛合金及其他结构材料;金属玻璃和无铅焊锡也由于存在这样或那样的不足,未能大量使用于实际。 蓦然回首,长久以来,我们都在传统合金观念下配制合金、开发其工业、研究其微观组织结构性能以及开发应用,无形中也就限制了合金发展的自由度及空间。究其原因,主要是因为在传统合金观念下,虽然可以添加少量合金元素来提高和改善材料性能,但如果合金中成分过多,会产生金属间化合物和复杂相,导致合金性能恶化;也给材料的组织、成分分析以及材料的性能控制带来极大的困难。 在这种观念的束缚下,金属材料的发展似乎钻进了一条死胡同,能够做出的突破越来越少,与日新月异的科技发展速度越来越不匹
15、配。因此解放思想,打破桎梏,成为了新型金属材料研究的新课题。 上世纪七十年代以来,在合金领域里,众多科学家和学者做出了三个较大的突破,即:多元素大块非晶合金、多功能的超弹塑性合金以及纳米结构的高熵合金的制备。高熵合金是以中国台湾国立清华大学以叶均蔚为首的学者们,通过多元素大块非晶合金的研究,首先跳出了传统合金的狭窄理念,于1996年提出新的合金设计理念,高熵合金从此出现在了世人的面前。作为三种新型材料之中最后提出来的高熵合金,目前可以说是一块尚未开发的全新领域。但毫无疑问的,这是一个极具学术研究价值及工业发展潜力的高新科技,通过研究该项科技,可研发出大量实用和高技术含量的新型金属材料。通过试验研究发现,高熵合金地制备,除了可以使用传统金属的加工工艺以外,还可以利用速凝法、机械合金化来制备。通过这2种方法所制备的高熵合金,其微观组织更倾向于形成纳米晶颗粒或是非晶结构3。 与传统合金相比,高熵合金在以下特性中拥有更好
