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1、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： 2015年 5月 22日毕业设计任务书设计题目： 碳素工具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： 112018216 学生： 指导教师（含职称）： （副教授） 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，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、2）完成高熵合金涂层的成分配比及制备工艺，碳素工具钢表面高熵合金涂层的制备。（3）碳素工具钢表面高熵合金涂层的显微组织观察。碳素工具钢表面高熵合金涂层的硬度、耐磨性等力学性能测定。（4）通过上述实验取得碳素工具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，2008，39（7）：1059-1061. 3张力.高熵合金的制备及组织与性能D
3、.吉林大学,2008:11-56.4进度安排设计（论文）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完成碳素工具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： 2015 年12 月 5日太原工业学院毕业设计碳素工具钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究摘 要：多元高熵合金是近年来兴起的一种新型合金材料，他的最大特点是突破了传统合金只以一种或两种合金元素为主的设计框架，从而发展出的一种全新的合金。与传统合金相比
4、高熵合金在晶体结构及各种性能上都具有较大的优势。但由于其制备方法比较复杂，而且成本较高。大规模的使用在现阶段并不可行。涂层技术的出现恰恰解决了这一矛盾。碳素工具在高温下的硬度和耐磨性都较差，如果通过涂层工艺，将高熵合金与碳素工具钢的表层金属融为一体，将大大提高碳素工具钢的性能，而且由于使用较少的高熵合金其制造成本也不会太高。我们通过实验可以得出在何种条件下这种涂层技术才能最大程度的发挥其优越性。从而得出最佳的工艺方法。关键词：表面涂层，高熵合金，工艺，性能The Properties Research of The High-entropy Alloy Surface Coating of C
5、arbon tool steelAbstract： Multivariate high entropy alloys is the rise of a new type of alloy materials in recent years, the biggest characteristic is break through the traditional alloy with only one or two kinds of alloy elements , thereby develop a new kind of alloy. Compared with the traditional
6、 alloy high entropy alloys on crystal structure and various performance has a great advantage. But because of its preparation methods is more complex, and the preparation price is so expensive. At the present stage it is not infeasible for large scale use. The emergence of coating technology is solv
7、ed this contradiction. The Carbon tool of the hardness and abrasion resistance is poor under the high temperature, if through the coating process, the high entropy alloys and carbon tool steel surface layer of metal hold together, will greatly improve the performance of carbon tool steel, and the ma
8、nufacturing cost is less due to the use of high entropy alloys will not too high. We can get through the experient under what conditions this coating technology can exert its superiority to the greatest extent. Thus it is concluded that the best way to process.Keywords:The surface coating, High-entr
9、opy alloy, Process ,Property目 录1 前言11.1 高熵合金11.2 表面涂层11.3 碳素工具钢22 高熵合金涂层的制备22.1 配置高熵合金22.2 粘合剂的配置32.2 高熵合金涂层试样的制备33 碳素工具钢表面高熵合金涂层工艺研究33.1 将高熵合金涂在基体表面33.2 烘干碳素工具钢的表面涂层33.3 在真空加热炉内高温加热，恒温保存43.3.1真空高温加热炉的介绍43.3.2 加热过程和程序的设计54 碳素工具钢钢表面高熵合金涂层组织研究104.1 碳素工具钢低碳钢表面的组织研究104.1.1 碳素工具钢试样的打磨，抛光104.1.2金相显微镜的介绍10
10、4.1.3操作方法和注意事项114.2 观察收集碳素工具钢表面的金相组织相图114.3 第一组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样124.3.1 第一组试样的打磨，抛光124.3.2 观察收集第一组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图134.4 第二组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样134.4.1第二组试样的打磨，抛光134.4.2观察收集第一组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图144.5 第三组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样144.5.1第三组试样的打磨，抛光144.5.2 观察收集第三组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图154.6 第四组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样1
11、64.6.1第四组试样的打磨，抛光164.6.2观察收集第四组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图164.7 组织分析175 碳素工具钢表面高熵合金涂层力学性能研究175.1 碳素工具钢表面力学性能研究175.2 第一组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究195.3 第二组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究195.4 第三组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究205.5 第四组碳素工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究205.6力学性能分析216 结论211 前言1.1 高熵合金 高熵合金是2004年由叶均蔚提出的一种新的合金设计方法，在过去
12、的10多年里，被广泛的研究，获取了许多的研究成果。高熵合金由多种含量相近的主元混合而成，由于主元数增多，混合熵增加，混合产生独特的高熵效应，并抑制金属间化合物和其他有序相的生成。它的最大特点是突破了传统合金只以一种或两种金属元素为主的设计框架，从而发展出一种全新的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。高摘合金具有很高的熵，且原子不易扩散,较易获得热稳定性高的固溶相,甚至非晶结构,不同元素的合金具有不同的性能,其表现均优于传统合金。具体表现在高强度，高硬度，较高的耐磨性和耐腐蚀性及及较强的热稳定性。 由于合金工艺的发
13、展遇到了瓶颈，所以高熵合金的出现就为材料界打开了一片新的天地。它以其独特的性能深受广大学者的喜爱，发展也较为迅速。但是高熵合金的制备，组织性能的研究还并不成熟。高熵合金涂层工艺的出现就很好的解决了这个问题。既降低了制备的成本，同时也提高了金属的各种性能。1.2 表面涂层 表面涂层是用于改变面材的表面特性的涂层材料。可以在一定程度上改变基体材料的表面特性。 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。优质的涂层往往很重要，高熵合金因为其较好的性能，同时又由于其高昂的制备费用，作为涂层材料再适合不过了。利用高熵合金作为表面涂层材料可以赋予基体材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳、
14、等优良性能,从而达到提高产品质量、延长使用寿命、节约能源的目的。所以说表面涂层对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。1.3 碳素工具钢1. 成分特点：含碳量较高（0.65%1.35%）硫，磷及非金属杂质含量较少12. 性能特点：生产成本较低，原材料来源方便，易于热冷加工在热处理后可获得相当高的强度和硬度。在工件受热不高的情况下耐磨性也较好。但红硬性较差，工作温度超过250时硬度和耐磨度迅速下降；淬透性较差；热硬性较低。总体来说它的价廉易得，易于锻造，加工性好。2 高熵合金涂层的制备2.1 配置高熵合金2.1.1 成分设计及原料准备用原材料为高纯度（99.99%）的Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si.以1：1：1：1：1：1：1：1的摩尔比制成的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)
