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1、Al、Ti、Ni添加制备CuZr等原子比合金及结构和性能报告人报告人：* *- - 导导师师：汇报内容研究背景及意义1高熵合金的特性与制备方法2我的工作4文献调研31研 究 背 景 及 意 义高熵合金的定义 定义：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔比或近等摩尔比 混合形成的固溶体合金。 判断：3(两种元素以等摩尔混合)当 n=2 时，S= 0.693R，当 n=5 时，S= 1.61R当 n=6 时，S= 1.79R当 n= 9时，S= 2.20R 高熵的定义标准1. 原子半径差控制在15%左右；2. 每一种主元的含量需要5%，小于35 %；3. 主元数目应大于5，最好不超过131研 究 背
2、 景 及 意 义高熵合金的分类 按熵值对高熵合金进行分类可以分为：低熵合金、中熵合金、和高熵合金。分类的示意图如下图所示：40.69RS1.61R2高 熵 合 金 的 特 性 与 制 备 方 法高熵效应和迟滞扩散效应 高熵效应：高熵合金中元素种类较多，因此合金系统具有较高的熵值，而金属间化合物的相是有序的，从而其混合熵较低，因此金属间化合物的形成得到抑制而倾向于产生结构简单的晶体或者非晶相，从而产生了高熵效应。 迟滞扩散效应：应近几年，Yeh等人研宄发现HEAs与不锈钢和纯金属相比，其元素的扩散速率最低，这导致HEAs产生迟滞扩散效应。这种效应导致晶体形核容易但是长大难，因此通常用于解释HEA
3、s中纳米尺寸析出物的产生。52高 熵 合 金 的 特 性 与 制 备 方 法晶格畸变效应和鸡尾酒效应 晶格畸变效应：HEAs是多组元等原子比组成，因此组成元素占据晶格位置的比例是相等的，但是每种元素的原子半径差值较大，将会导致严重的晶格畸变，这将导致合金的晶格畸变能增加，从而导致固溶强化作用加强。这往往导致HEAs具有较强的强度与硬度等优异的性能。 鸡尾酒效应：鸡尾酒效应表明了通过改变合金的组成成分可以改变合金相应的性能。在HEAs中，添加一种特定的元素可以获得某种特定的优异的性能，然而这种性能是由单一元素不能获得的。62高 熵 合 金 的 特 性 与 制 备 方 法铸造法 铸造法：制备高熵合
4、金最常用的铸造法是真空熔炼法。7等离子熔覆法粉末冶金法 等离子熔覆法：利用高能的电子束将基体上的高熵合金熔化，形成熔覆层。 粉末冶金：利用压制或者烧结把机械合金化的粉末制备成试样。制备方法：3文 献 调 研文献一 机械合金化法和放电等离子烧结制备块体CuZrAl和CuZrAlTi中熵合金结构和性能8文献二 机械合金化法和放电等离子烧结制备块体CuZr等原子比合金和CuZrAlTiNi高熵合金结构和性能文献的研究目的和意义 选择CuZr为原型、设计含CuZr等原子比合金为研究对象，添加非晶合金常用的Al、Ti、Ni元素，利用MA等原子比合金粉末，研究了不同组元等原子比合金粉末的微观结构和热学性能
5、。 探索SPS烧结工艺，利用SPS烧结大块等原子比合金。同时对块体合金的相组成，微观组织，硬度及耐腐蚀性进行较为系统的研究。文献研究的方案基本研究路线基本研究路线耐蚀性耐蚀性SEMSEM极极化曲线化曲线机械合金化机械合金化SPSSPS烧结烧结硬度硬度XRDXRD（物相分析）（物相分析）DSCDSC（差热分析）（差热分析）SEMSEM（形貌观察）（形貌观察）XRDXRD（物相分析）（物相分析）SEMSEM（形貌观察）（形貌观察）合金粉末大块块合金机械合金化CuZrAl和CuZrAlTi等原子比合金粉末XRD分析11Fig. 1. XRD patterns of as-milled E3 ( a)
6、 and ( b) powders after different MA time. 球磨10 h,Al和Ti元素均完全固溶，出现富Zr-hcp和富Ti-hcp类型的固溶体附峰；球磨20h后，只有非晶相及富Zr-hcp固溶体存在。球磨30h后出现完全的非晶相。Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical all
7、oying and spark plasma sinteringJ. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. 球磨10 h,有富Zr-hcp类的固溶体相。球磨到120 h，一个完全的非晶相产生，且到200h非晶相依然稳定的存在。机械合金化CuZrAl和CuZrAlTi等原子比合金粉末DSC和形貌分析12Fig. 2. DSC traces of as-milled E3 and E4 alloys at 20 K/ min heating rate (a, b), and FESEM image
8、s and EDS spectrum ( inset) of as-milled E3 (c) and E4, (d) powders after 200 h milling.Table 1 Thermal parameters of as-milled E3 and E4 powders after 200 h milling. 两种合金粉末均出现了放热峰，表明合金发生晶化行为，这也证明了非晶相的存在。 球磨的粉末呈现出颗粒状，并且具有均匀分布的尺寸Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Mic
9、rostructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sinteringJ. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. CuZrAl和CuZrAlTi等原子比块状合金的XRD分析13Fig. 3. XRD patterns of as-sintered E3 (a) and E4 (b) alloys at di
10、fferent sintering temperatures. E3合金是由FCC固溶体Al1.05Cu0.95Zr和AlZr2两种金属间化合物组成。E4合金在低温烧结完全是由金属间化合物组成，高温烧结时产物主要有FCC1+FCC2固溶体加上CuTi3金属间化合物组成。Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanica
11、l alloying and spark plasma sinteringJ. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. CuZrAl等原子比块状合金的形貌14Fig. 4. FESEM images and magnified figures (inset) of as-sintered E3 bulk alloy sintered at 700 (a, b), and 1050 (e, f) ; and EDS spectra of different regions (c, d) and (
12、g, h) corresponding to (b) and (f) , respectively. 亮区富含Cu、暗区富含Al、Zr。说明Cu易偏析到边界。 高温合金中，有许多纳米析出物均匀分布在。Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sinteri
13、ngJ. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. CuZrAlTi等原子比块状合金的形貌15Fig. 5. FESEM images and magnified figures (inset) of as-sintered E2 alloy sintered at 690(a, b), and 1100 (e, f); and EDS spectra of different regions (c, d) and (g, h) corresponding to (b) and (f) , res
14、pectively. Al元素富含于边界处。 Ti元素的添加阻碍了Cu元素的偏析，且促进了均匀结构的产生。Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Shuai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sinteringJ. Journal of Iron and Steel Research, Intern
15、ational, 2017, 24: 448-457. CuZrAl和CuZrAlTi块状合金硬度分析16Fig. 6. Hardness of as-sintered E3 and E4, alloys at different stntermg temperatures. E4合金与E3合金相比，硬度值偏高分析原因可能是以下几点： E4合金迟滞扩散效应加强，纳米析出物增多且弥散分布。 E4-1100合金主要是由固溶体构成，固溶体作为增强相。 E4-1100合金的烧结密度较高，达到99.6%Wenjuan Ge Xuting Li, Pengchao Qiao, Jianwei Du, Sh
16、uai Xu, Yan Wang. Microstructure and properties of CuZrAl and CuZrAlTi medium entropy alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sinteringJ. Journal of Iron and Steel Research, International, 2017, 24: 448-457. CuZrAl和CuZrAlTi块状合金电化学腐蚀分析17Fig. 7. Potentiodynamic polarization curves of as-sintered E3, and E4alloys at different sintering temperatures. p 样品以及304不锈钢均出现了钝化膜；p E4低温合金的耐点腐蚀性能好；高温下合金的耐点腐蚀性能就比较差。p E4合金出现两次钝化现象。Table 4 Corrosion parameters of the tested samples in the seawater
