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1、毕业设计AlCrCoFeNiTiSiV高熵合金相图分析 学生姓名： 学号： 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 二零一五年五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： AlCrCoFeNiTiSiV高熵合金相图分析 系部： 机械工程系 专业：材料成型及控制工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标通过本次毕业计，了解相图计算的方法；学习相图计算Pandat软件；分析AlCrCoFeNiTiSiV高熵合金相结构，并实验
2、验证；分析组元掺杂及置换对高熵合金相结构的影响规律，为合金成分设计提供理论指导。2主要内容1）学习相图计算软件Pandat的应用。2） 应用Pandat软件计算室温下AlCrCoFeNiTiSiV及AlCrCoFeNiTiSiV0.5高熵合金相结构。3）通过XRD分析实验验证钒含量对高熵合金相结构的影响规律。4）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1任明星,李邦盛. CrFeCoNiCu多主元高熵合金的相分析J. 材料工程. 2012(01)2 朱海云，李业超.多主元高熵合金的研究现状和发展J.功能材料.2008，393 刘源，李
3、言祥，陈祥等.多主元高熵合金研究进展J.材料导报.20064高家诚，李锐.高熵合金研究的新进展J.功能材料.2008，39（7）：1059-1061.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1广泛阅读相关文献，制定研究方案3月3日-3月23日2学习Pandat软件的应用3月24日-4月13日3完成相图计算，中期检查4月14日-5月4日4实验验证计算结果5月5日-6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日-6月22日审核人： 赵跃文 2014 年 12 月15 日AlCrCoFeNiTiSiV高熵合金相图分析摘要: 材料对人类社会的进步有着重要作用，而金属材料是材料的一个重要分支。高熵合金是金属材料
4、研究设计的的一个新方向。研究发现，高熵合金的优良性能是普通合金所不具有的。本文以 AlCrCoFeNiTiSiV高熵合金为课题，但由于条件和能力有限，只做了本课题的一部分工作。通过相图计算，优化其热力学参数，分析并研究了AlFeNiSi四元合金系的相图。通过Pandat软件优化并计算了所得的热力学数据，并且通过XRD等实验手段对相图进行了验证。最后，将所得的数据进行了比对。关键词: 高熵合金，Pandat，热力学 AlCrCoFeNiTiSiV high entropy alloy phase diagram analysisAbstract:Materialplaysanessentialr
5、oleinsocialdevelopmentofwhichmetalmaterialisanimportantbranch.High-EntropyAlloyisanewstudyorientationofmetalmaterial.ItisfoundthatHigh-EntropyAlloyhastheexcellentpropertiedwhichothercommonmetalsdonotpossess.ThispaperstudiesthetopicofAlCrCoFeNiTiSiVHigh-EntropyAlloy.Butduetothelimitedconditionsandabi
6、lities,onlypartofthetopicisdone.TheauthoranalyzedandstudiesphasediagramofAlFeNiSiQuaternaryalloysystemandoptimizeditsthermodynamicparametersbycalphad.Also,theauthoroptimizedandcalculatedthethermodynamicdataandverifiedthephasediagramthroughXRD.Intheend,thedatawerecompared.Key words: High entropy allo
7、ys，Pandat，ThermodynamicsI目录1 引言11.1合金与高熵合金的简介11.2 本课题的目的意义11.3 本课题研究的任务及目标21.4 本课题的要求和内容21.5 相图计算介绍31.6 高熵合金的进展42 相图计算的理论基础82.1 相图计算的原理82.2 相图计算的方法82.3 相图计算的热力学模型112.3.1 理想溶液模型112.3.2 正规溶液模型122.3.3 亚正规溶液模型122.3.4 亚点阵溶液模型132.4 热力学计算软件Pandat介绍152.4.1 Pandat软件的用户界面162.4.2 计算模块182.4.3 操作模块202.4.4 数据优化模块
8、203 实验测定213.1 Pandat软件的应用213.2 实验过程223.3 实验分析与总结244 结论27参考文献28致谢29II太原工业学院毕业论文1 引言1.1合金与高熵合金的简介合金是由一种纯金属和其他物质，经熔炼混合而成的具有金属特性的材料13，例如，钢、铝合金、铜合金、钛合金等。由于纯金属性能的单一局限性已不能满足人们在某些领域的应用，而往纯金属里添加其他金属，所形成的合金却可以大大提高其各种性能，如耐磨性、硬度、耐腐蚀性等。合金的各种性能都比单一纯金属有了提高。因此，合金越来越得到更广泛的研究和应用。而现如今的合金大多是以12种组元为基础发展起来的。非晶合金作为新型合金材料的
9、研究方向，因其具有优良的性能和潜能，其制备、发展、研究都被人们所关注。但是，非晶合金也是以12种组元作为基础研究。而有部分学者们尝试往合金中添加其他金属元素，研究其合金性能。研究结果发现：如果合金中的组元过多会形成金属间化合物和复杂相，会影响合金的总体性能，给研究的进展带来一定的困难。但是随着成分的数量到达一定程度，合金的显微组织就会发生巨大的变化会形成较简单的结构，高熵合金由此而生。高熵合金是一种新型的合金材料，是合金材料设计的新理念、新方向，是将五种或五种以上的金属元素按照等摩尔比或接近等摩尔比混合在一起，不区分主要元素，熔炼得到的合金。这种合金是由台湾清华大学叶均蔚等人率先定义为高熵合金
10、。传统合金在进行熔炼时会产生诸多结构复杂的脆性金属化合物，降低金属的性能。高熵合金拥有五个或者更多的主元，多种主元成分增加系统的混乱度即带来的高熵值。高混乱度可以抑制复杂相结构和大量金属间化合物生成，同时也使其拥有优异的综合性能，具有高硬度、高强度、耐回火软化、耐磨等优良的性能特征11。大量研究表明，高熵合金种类千变万化，性能优异，而且，高熵合金是可以根据不同的需要来进行设计、研发的的一种新材料，还没有哪种现有的传统合金可以同时具有这么多优异的性能。多元高熵合金有成千上万个合金系统，为我们提供了开拓新材料、新现象及新功能等的许多机会，使得多元高熵合金具有丰富的应用潜能和广阔的应用前景。多元高熵
11、合金具有众多优异性能，可应用到不同的工业领域。1.2 本课题的目的意义根据传统的经验理论可知，纯金属冷却结晶后只能得到单相的固溶体，而合金冷却结晶后，既有可能得到单相固溶体，也有可能得到单相金属化合物，最普遍的是既得到固溶体，又能得到金属化合物的混合结构。每种材料的组成元素种类不同，冷却结晶后得到的固溶体和化合物的种类也各不相同。就算组成元素的种类确定了下来，冷却结晶后所得到的固溶体或化合物的组织性能和组织含量也不是固定不变的，其组织性能和组织含量是随着合金的温度和成分不断变化的。也就是说，不同的温度不同的成分下，合金的状态也是不一样的。为了能够更加方便的观察材料在不同温度和不同成分下，材料性
12、能和相的各种变化，这就得用到相图了。相图是表示在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，又称为状态图或平衡图10。通过相图，我们可以更直观的看出材料在不同成分和不同温度下的各种变化和状态，材料在这温度和成分下，转变成了什么，又溶解了什么，新相的成分，新相的含量有有多少，这些都能从相图中明显的体现出来。从以上的叙述中可以明显看出，相图对材料研究和开发领域的巨大作用，通过相图这个道具，研究人员可以更方便、快捷、高效的了解这种材料的各种性能和结构，从而，能够大大提高材料研发的速度。1.3 本课题研究的任务及目标（1）分析AiCrCoFeNiTiSiV高熵合金相结构，并实验验证。通过毕业
13、设计分析组元掺杂及置换对高熵合金相结构的影响规律，为合金成分设计提供一定的理论指导。（2）查阅相关资料文献，了解相图计算方法。（3）应用Pandat软件计算室温下AiCrCoFeNiTiSiV及AiCrCoFeNiTiSiV0.5高熵合金相结构。（4）通过XRD分析实验验证钒含量对高熵合金相结构的影响规律。1.4 本课题的要求和内容 （1）学习相图计算软件Pandat的应用。 （2）应用Pandat软件计算室温下AlCrCoFeNiTiSiV及AlCrCoFeNiTiSiV0.5高熵合金相结构。 （3）通过XRD分析实验验证钒含量对高熵合金相结构的影响规律。 （4）撰写毕业论文。结构完整，层次
14、分明，语言顺畅；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。1.5 相图计算介绍起初，相图的得到是众多学者们通过大量的实验获得丰富的数据进而画出来的。但是随着研究的进展和深入，学者们发现，通过大量的实验来获取相图具有很大的弊端和局限性。实验测定相图过程中，可能要面临实验的恶劣环境，在高温高压下，还将面临成分控制、容器选择和高温测量等方面的困难。且随着科技的进步和发展，合金的组元数也随着增长。如果在通过实验来获得相图，对众多学者来说，无疑是个巨大的工作量。虽然随着现代科技的飞速发展，实验所需的设备的精密度越来越高。但是，人为操作实验，总会有一定的误差和漏洞，无法对体系的相图和热力学性质作一个完整的、全面的了解，大大降低了相图的可靠性。而在最近这几年，随着合金热力学理论和计算机科学的飞速发展，由此产生了计算求解合金的方法，即相图
