多组元高熵合金的制备与性能

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要本文依据多主元高熵合金的成分设计原则，设计了FeNiMncuCo．2趟。和砧z棚gCuxMny两种多主元合金体系，通过感应熔炼和模铸方法制备了合金铸锭，并采用XRD进行了结构测定，采用SEM观察显微组织，采用EDS能谱进行了微区成分分析，并进行了压缩性能、耐腐蚀性能等性能测试。研究发现制备得到的Fe_NiMnCuCo．2A1x多主元合金体系具有单相固溶结构，而且均属于面心立方结构，这是由于合金系的多主元高熵效应抑制了该合金系中中间相的产生。在该合金系中FeNiMnCuCo．2高熵合金具有很高的抗压缩

2、强度和压缩率，其抗压缩强度达到5218Mpa，压缩率大于75％；随着A1含量的增加材料的抗压缩强度变小，当Al含量增加到x=0．5时，合金变脆。显微组织观察结果表明，添加少量的Al(x=0．1，0．2)能细化Fe_NiMnCuCo．2Al，高熵合金的晶粒，但当x-0．5时，合金的晶粒又变得粗大；由EDS成分分析可知，FeNiMncuC02砧x初生树枝状晶中富含Fe、Ni元素，而№、Cu在枝晶间相内有所聚集，C、砧大体上均匀分布于两相中。在FeNiMnCuCo．2合金的基础上分别添加一定量Ti、1、m元素，研究碳化钛和碳化铌在该合金系

3、中的析出情况。观察结果表明，该合金系虽然能抑制Mn3c、Fe3C等碳化物的析出，但不能阻止TiC、NbC在该合金系中析出，这主要源于TiC、NbC的生成自由能很低，该合金系混合产生的自由能要比其高，因而可分析得到合金体系的自由能位于№C与Mn3C之间。钛的添加可以增加合金的抗压强度、硬度以及细化合金晶粒，但效果不是很显著。i‘．鉴于高熵合金具有高的耐腐蚀性的特点，以及目前常用的Zn基、砧基、Mg基牺牲阳极材料具有低的电位，本文还设计了锌铝镁含量相当的多主元牺牲阳极材料，并通过添加适量其他合金元素来改善合金的电化学性能。实验结果表明，

4、在未添加其他合金元素的合金中，Z州M铷．5合金是综合性能最好的，电极电位为．1．123V，理论发电量为1539A愀g，电流效率76．6％，表面溶解状况良好；在Zr认lMgo．5合金中添加Cu元素，CIu元素的添加铜元素的添加增加了合金的耐腐蚀性，改善了合金的表面溶解情况，其相应的电极电位，理论发电量和电流效率也有所下降，过量的铜添加会造成铜的偏聚，对合金电化学性能产生不利影响，其中ZnAlM助．5Cuo．4和znAlMgo．5Cuo．6合金性能较好；在Zr认lM踟．5Cuo．4和ZnAlMgo．5Cuo．6合金中添加锰元素，研究发现

5、锰元素的添加虽然能降低合金的腐蚀电流密度，增加合金的耐腐蚀性，但合金的其他性能也都相应下降，只能选择少量的添加来改善性能。关键词：多主元合金；压缩性能；析出相；牺牲阳极材料；第1I页武汉科技大学硕士学位论文AbstractMulti唧nentlligll锄仃0pyalloysFeNiMIlCuCo．2Alx孤dAlZ洲gCuxMnyweredesi朗edonmebasisofCoInpositiondesi缈crit耐olls．Alloyingotswerepreparcdbyhi曲一丘明ueIlcyi11ductionfIlmac

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7、FeNiMnCuco．2Alxwerea11sin酉ephasesolidsolutioIl，锄dal∞wereFCCsolid-solutions仃ucture-Thiscouldbea嘶butedt0t11atthee肋ctofh砂mixinge11细pydidf．aCilitatethefomationofsimplesolidSolutio船．Hi曲铷廿Dpya110ysofFeNiMnCuCo．2exKbitedeXcellentcoⅡlpressiVeprop舐ies．ThecompressiVcS仃e119吐lr昀Ch

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