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1、毕业设计高熵合金的制造工艺、性能及应用研究学生姓名： 学系 部： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 高熵合金的制造工艺、性能及应用研究 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，了解高熵合金的概念、制造方法及工艺、性能特点及应用；了解金属材料熔炼的基本方法及工艺，了解金属材料组织和力学性能的检测方
2、法，为学生在毕业后从事材料成型技术工作打好基础。2主要任务（1）查阅20篇以上的科技文献。（2）了解高熵合金熔炼的实验方案。（3）了解高熵合金的性能特点、应用及力学性能检测方法。（4）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。（5）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。3主要参考资料1郭卫凡.多主元高熵合金的研究进展J金属功能材料，2009，16（1）：49-53. 2高家诚，李锐.高熵合金研究的新进展J.功能材料，2008，39（7）：1059-1061. 3张力.高熵合金的制备及组织与性能D.吉林大学,2008:11-56. 4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告1
3、2月1日12月31日2阅读相关文献，掌握高熵合金的制造工艺1月1日3月10日3掌握高熵合金的性能特点，完成中期检查3月11日4月30日4高熵合金的力学性能检测5月1日5月15日5撰写毕业论文，准备答辩5月16日6月10日审核人： 年 月 日34高熵合金的制造工艺、性能及应用研究摘 要：自高熵合金的概念提出之后，引起了人们对高熵合金研究的重视。由于高熵合金具有优异的力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性、耐高温等性能，成为未来最有发展潜力的新型材料之一。本文依据多组元高熵合金的成分设计原则，设计了AlCoCrFeNi系五组元与AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金，通过改变部分元素的摩尔比采
4、用粉末冶金法来制备高熵合金。采用金相显微镜观察试样的金相组织，并测量试样的维氏硬度。实验表明，真空熔炼法和粉末冶金法所制备的高熵合金仍有不同之处，各有各的特点。AlCoCrFeNi系五组元与AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金的力学性能、硬度、组织结构等方面会随着元素成分的不同而产生一定的变化。关键词：高熵合金，组织结构，粉末冶金法，力学性能Manufacturing process, performance and application of high-entropy alloysAbstract：After the concept of high-entropy alloys
5、, it raises the importance of high entropy alloy research. Due to the high entropy alloys have excellent mechanical properties, friction and wear properties, corrosion resistance, high temperature properties, becoming one of the most promising new materials in the future. In this paper, based on mul
6、ti-component composition of high entropy alloy design principles, design AlCoCrFeNi line five-component system with eight component AlCrCoFeNiMoTiSi high entropy alloy, by changing some elements of the molar ratio of powder metallurgy method to prepare high entropy alloys. Microstructure was observe
7、d by optical microscopy of the sample, and measure the Vickers hardness of the sample. Experiments showed that high entropy alloy vacuum melting and powder metallurgy method is still prepared different, each have their own characteristics. AlCoCrFeNi five-component system with respect AlCrCoFeNiMoTi
8、Si Department of Mechanical Properties of eight component high entropy alloys, hardness, and organizational structure will vary with the elemental composition to produce some changes.Keywords: High-Entropy Alloys，Organizational Structure，Powder Metallurgy， Mechanical Properties目 录1 绪论11.1 引言11.2 高熵合
9、金的理论依据11.3 高熵合金的特点及应用31.4 高熵合金的研究现状及发展51.5 本文的研究内容62 高熵合金的熔炼82.1 真空电弧炉的组成与原理82.2 真空电弧炉结构特点92.2.1 工业冷水机FL-O292.2.2 HM630逆变式直流手工弧焊机102.2.3 WK系列真空电弧炉112.3 试样金相组织与性能分析123 高熵合金烧结试样的制备143.1 配置高熵合金143.2 粘结剂的配制153.3 高熵合金试样的制备164 高熵合金烧结工艺研究185 高熵合金组织结构研究215.1 制备金相显微试样215.2 高熵合金金相组织展示225.3 五组元与八组元高熵合金组织结构分析23
10、6 高熵合金力学性能研究246.1 本文实验力学性能方面成果246.2 五组元与八组元高熵合金的性能分析277 结 论28参考文献29致 谢30II太原工业学院毕业设计1 绪论321.1 引言自古以来，人类的生产生活都与材料紧密相连。我们所用到的材料大多来源于金属材料、无机非金属、高分子材料等。材料一直在人类的历史中发挥着重要的作用，推动着人类生产生活的进步，而金属材料的广泛使用，极大程度推进了社会的进步。随着社会的进步，特别是工业革命之后，单一元素的金属材料早已无法满足人们对于金属材料性能的需求了，由此合金的优异性能就吸引了人们的广泛关注，尤其是从上世纪开始，人类开发出来的合金体系越来越多，
11、并且大多数合金的加工工艺也越来越多，例如众所周知的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众多合金体系。伴随着科学技术的不断发展与探索，新型材料的研发得到了突飞猛进的进展。传统的合金体系一般是以一种元素或者两种元素作为它们的主要组元，而其它元素含量相对较少，远低于其主元的含量。目前人类已经开发并实用化以一元为主的合金系有30余种，每一合金系都是以某一种元素为主体（含量超过50%）。加入次要主元主要是为使合金达到某些特定性能的需求，例如提高合金的强度和硬度，提高合金的塑性韧性，提高合金的耐腐蚀性和耐高温性能等等。基于人们对物理冶金学和二元、三元相图的理解，加入的主元越多后，
12、人们认为，当合金体系的主元数愈来愈多的情况下，将会导致生成诸多的结构比较复杂的金属间化合物或者脆性相，从而不利于合金的综合性能，这导致我们对合金的组织和性能的研究带来一定的麻烦与困难。然而2004年中期，台湾学者叶均蔚突破了传统的合金体系设计框架，提出了一种全新的合金设计理论，即多主元高熵合金1。1.2 高熵合金的理论依据叶均蔚等研究者定义多主元高熵合金一般由五种或者五种以上主元素组成，每种元素按等原子比或者接近摩尔比组成，为了拓宽合金设计的范围，高熵合金的每种主元的含量在5%-35%之间。在高熵合金中，合金的混合熵高于合金的熔化熵，所以一般情况下形成的是高熵固溶体。熵是热力学种衡量体系混乱程
13、度的一个常用物理量，一个体系的熵越高表示该体系的混乱程度就越大。根据波尔斯曼（Boltzmann）关于熵变与系统混乱度关系的假设，n种等摩尔元素混合形成固溶体时产生的摩尔熵变（配位熵）Sconf可以通过以下的公式表示：Sconf =-klnw=-R(1/nln1/n+1/nln1/n+1/nln/n)=R(1/nln1/n+1/nln1/n+1/nln/n)=Rlnn其中k代表玻尔兹曼常数，w代表混乱度，R代表摩尔气体常数：R=8.3144J/（Kmol）。由以上公式可知，当n取2时，即两种元素以等原子数混合时，它的等摩尔合金的混合熵Sconf 是0.693R，当n为3、4、5、6时，它们的等
14、摩尔合金的混合熵Sconf 分别为1.097R、1.386R、1.609R、1.709R。如果考虑原子振动组态、电子组态、磁矩组态等对熵的正向贡献，等摩尔合金的混合熵比计算的还要大。为了发挥多主元的高熵效应，一般定义n5的合金为高熵合金。综上所述，等摩尔比合金的摩尔熵（Sconf）随着合金主元数n的增加而增加。图1.1为等原子比合金混合熵与主元数的关系曲线。图1.1 等原子比合金混合熵Sconf 与主元数n的关系曲线当n=2时Sconf =0.693R，当n=5时Sconf =1.609，传统合金是以一种主元为主要元素，而高熵合金却是至少有5种以上元素作为主元，因此也可以认为高熵合金无主要主元。如果依据合金的混合熵来划分合金的种类的话，以0.639R和1.609R为分界线，可以将合金分类为低熵合金（也就是传统合金，主要含有一到两种主要元素）、中熵合金（由两到四种主要元素构成）和高熵合金（含有至少五种主要元素），如图1.2所示：图1.2 以混合熵划分合金种类根据热力学关系可知，吉布斯自由能的变化G与焓变
