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1、毕业设计中碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究学生姓名： 学号： 机械工程系系 部： 材料成型及控制工程专 业： 指导教师： 二一五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： 中碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究 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 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；了解金属涂层的制备方法及工艺，了解金属材料组织和力学性能的检测方法
2、，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）完成高熵合金涂层的成分配比及制备工艺，中碳钢表面高熵合金涂层的制备。（3）中碳钢表面高熵合金涂层的显微组织观察。中碳钢表面高熵合金涂层的硬度、耐磨性等力学性能测定。（4）通过上述实验取得中碳钢表面高熵合金涂层的工艺参数、获得显微组织照片及力学性能的实验数据。（5）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。（6）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，200
3、8，39（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12月1日12月31日 2阅读相关文献，制定实验方案1月1日3月10日 3完成中碳钢表面高熵合金涂层的制备及中期检查3月11日4月30日 4完成力学性能测定及实验结果分析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： 赵跃文 2014 年 12月15日中碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究摘 要：高熵合金作为一种新型的合金材料，具有许多优良的特性。表面涂层可提高零件的耐腐蚀、摩擦、磨损和疲劳。为提高中
4、碳钢表面硬度及耐磨性，本论文主要研究在中碳钢基体表面制备高熵合金涂层。完成了高熵合金的制备；中碳钢表面高熵合金涂层在不同温度和时间状态下的真空烧结；中碳钢表面高熵合金涂层的显微组织观察、硬度测试等一系列实验。通过实验得到中碳钢表面高熵合金涂层的最佳烧结工艺、涂层的显微组织和硬度值。关键词：中碳钢表面，高熵合金涂层，涂层工艺，性能Study on the Process and Performance of The High-entropy Alloys Coating on the Surface of Medium Carbon SteelAbstract: High entropy all
5、oys as a new type of alloy material, has many excellent properties. Surface coating can improve the corrosion resistance, friction, wear and fatigue of parts. In order to improve the medium carbon steel surface hardness and wear resistance, this paper mainly study on the preparation of high entropy
6、alloys coating on the surface of medium carbon steel substrate.We have completed the preparation of high entropy alloys ;We have vacuum sintered the High entropy alloys coating on the surface of medium carbon steel alloy under different temperature and time conditions ;We have accomplished the micro
7、structure observation,hardness testing and a series of experiments of the High entropy alloys coating on the surface of the medium carbon steel.We have obtained the best sintering process ;microstructure and hardness of the high entropy alloys coating by the experiments. Keywords: Medium carbon stee
8、l surface,High entropy alloy coating,Coatingtechnology,Function ,Performance 目 录1 前言11.1 高熵合金11.2 表面涂层12 高熵合金涂层的制备32.1 配制高熵合金32.2 粘结剂的配制52.3 高熵合金涂层试样的制备53 中碳钢表面高熵合金涂层工艺研究64 中碳钢表面高熵合金涂层组织研究135 中碳钢表面高熵合金涂层力学性能研究196 结 论26参考文献28致 谢29II太原工业学院毕业设计1 前言1.1 高熵合金随着合金业的发展，传统的以单一组元为基础发展的合金体系已经逐渐饱和，基于这种情况，冶金科学家就
9、有了新的追求目标，那就是突破以一种或两种金属元素为主的传统合金的发展框架。20世纪90年代，台湾科学家提出了高熵合金设计思路，这与传统合金设计理念不同。高熵合金在近几年的研究中所表现出的各方面的良好性能，引起科学界的普遍关注和积极探索。纯金属的硬度一般都很低，不适合做结构材料。因此目前应用的金属材料绝大多数都是合金。这种由2种或2种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼，烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的合金正得到越来越广泛的应用。目前常用的合金有锡青铜，低合金钢，高速钢，不锈钢，高温合金，铝合金，自熔合金等。几千年来，随着合金体系的发展，人类已开发使用的实用合金系共有30余种。目前应用的合金
10、系统大多是以单一组元为基础发展起来的。例如钢铁材料和铝合金，Fe基，Ni基，Co基的超合金；起源于20世纪50年代的二元基金属间化合物也是以2种金属为基础发展起来的。非晶合金作为一种新型的合金，其优良的特性和广泛的应用潜能使其制备，发展和应用都得到了普遍关注，但其仍没有摆脱基于12种主要元素来提高其性能的化合物的特点。合金中如果元素过多，会形成许多的金属间化合物，这些金属间化合物和复杂相会导致合金性能的恶化，就像脆性和难以加工；同时，材料的组织和成分分析会遇到很大的困难，阻止了合金向多主元方向发展。中国台湾学者率先脱离传统合金的发展框架，提出多主元合金高熵合金概念，从此一种新的合金设计理念就诞
11、生了。1.2 表面涂层表面涂层是用于改善物体表面性能的涂层材料。常见的表面涂层技术有：1）堆焊技术；2）熔结技术；3）电镀技术；4）热喷涂技术；5）塑料喷涂技术；6）粘涂技术：7）涂装技术：8）物理、化学气相沉积。表面涂层技术配合优质涂层材料便可达到提高材料表面性能和寿命的目的。尤其是当下高熵合金的发展。高熵合金的制作方法较多，但使用整块高熵合金作材料，成本依然很高。而表面涂层技术用少量的材料即可达到大量、昂贵的整体材料的性能,同时又极大地降低了产品的加工成本。利用表面涂层技术赋予材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳、耐辐射以及光、热、电、磁等特殊功能,从而达到提高产品质量、延长使用寿命、节约能源
12、的目的。表面涂层在提高材料的使用性能,扩大材料的使用范围,实现材料功能复合等方面具有重要意义。2 高熵合金涂层的制备2.1 配制高熵合金2.1.1 成分设计及原料准备原材料为高纯度（99.99%）的Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si。用真空熔炼炉熔炼AlCrCoFeNiMoTixSiy高熵合金，其成分设计见表2.1.1。表2.1 合金成分设计AlCrCoFeNiMoTiSi物质的量(mol)0.0680.0680.0680.0680.0680.0680.0680.068摩尔比11111111相对分子质量2752595659964828质量（g）1.8363.5364.0123.80
13、84.0126.5283.2641.9042.2 粘结剂的配制1：取两块松香，将其凿成细小的颗粒。2：将颗粒松香研磨成粉末，并用筛子过滤，目的就是要筛出极其微小的松香粉末颗粒。3：在微电子称上放一张滤纸，在上面称得松香10克。4：在电子称上称出空小烧杯的质量，计下其质量后倒入松节油，保证去掉烧杯质量后，松节油的质量是30克。5：混合10克松香与30克松节油配制成饱和溶液，即表面涂层粘结剂。6：将配制好的饱和溶液放置一段时间，以备实验时使用。2.3 高熵合金涂层试样的制备1：取少量松香和松节油的饱和溶液在烧杯内。2：取一定量前面已经制备好的高熵合金粉末，放进盛有松香和松节油饱和溶液的烧杯内，用玻璃棒缓慢搅拌，使高熵合金和松香与松节油饱和溶液充分结合，变成泥状混合物。注意：配制成的涂层不宜过稀或过稠，不利于将其涂到中碳钢表面。3 中碳钢表面高熵合金涂层工艺研究3.1 将高熵合金涂在基体表面1：取8块中碳钢试样，选择平整的表面，用砂纸打磨掉上面的氧化铁锈；2：将打磨好的中碳钢试样，放在煤油中清洗，再用吹风机将中碳钢表面吹干；3：将配制好的高熵合金均匀涂在8块中碳钢表面，涂层厚度为1.0-2.0mm。用光滑平整的工具辅助涂抹粘结剂，使涂好的涂层表面保持平整光滑，以
