粉末冶金TiVNbTa %28Al%29难熔高熵合金的制备、显微组织及力学性能

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1、硕士学位论文粉末冶金TiVNbTa（Al）难熔高熵合金的制备、显微组织及力学性能作者姓名高楠学科专业材料加工工程指导教师龙雁教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月Preparation，MicrostructureandMechanicalPropertiesofPowderMetallurgyTiVNbTa（Al）RefractoryHighEntropyAlloysADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:GaoNanS

2、upervisor:Prof.LongYanSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TF124学校代码：10561学号：201520101608华南理工大学硕士学位论文粉末冶金TiVNbTa（Al）难熔高熵合金的制备、显微组织及力学性能广东省科技计划项目（公益研究与能力建设专项资金）（No.2015A010105011）作者姓名：高楠指导教师姓名、职称：龙雁教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：材料制备、成形及计算机应

3、用论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年5月26日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员成员：主席：杨超（教授）委员：肖志瑜（教授）龙雁（教授）李小强（教授）刘允中（教授）摘要高熵合金作为一种全新的合金种类，吸引了越来越多的研究者的关注。难熔高熵合金具有高强度、高硬度、良好的耐磨性、优异的高温力学性能和物理性能等一系列优异的性能。本文以难熔合金元素为基础，采用机械合金化与放电等离子烧结相结合的方法制备了TiVNbTa和TiVNbTaAl0.25两种难熔高熵合金，并对其

4、显微组织和力学性能进行了研究分析。研究了TiVNbTa和TiVNbTaAl0.25两种难熔高熵合金的机械合金化过程。经过40h球磨的两种高熵合金均为BCC结构的单相固溶体。其中TiVNbTa合金粉末的颗粒尺寸大多在5-15μm范围内，晶格常数为3.24Å，平均晶粒尺寸为16.8nm，晶格畸变为0.77%；TiVNbTaAl0.25合金粉末的平均颗粒尺寸为5μm，晶格常数、平均晶粒尺寸和晶格畸变分别为3.23Å、21.5nm和0.76%。研究了块体TiVNbTa和TiVNbTaAl0.25两种难熔高熵合金

5、的显微组织和力学性能。在1100℃下烧结得到的两种块体合金均由BCC结构的基体和FCC结构的析出相构成。基体元素分布比较均匀，且晶粒尺寸均在1μm以下；析出相弥散分布于基体的晶界和晶内，富集较多的Ti和杂质C、N、O元素，为TiN+TiC+TiO的复合物，前者平均颗粒尺寸在300nm以下，后者平均颗粒尺寸小于25nm。两种高熵合金均具有优异的室温力学性能：TiVNbTa合金的室温压缩屈服强度（ζ0.2）、塑性应变（εp）、断裂强度（ζbc）和硬度分别为1506.33MPa、33.17%、2967.88M

6、Pa和460.9HV；TiVNbTaAl0.25的室温压缩屈服强度（ζ0.2）、塑性应变（εp）分别为分别提高至1756.62MPa、36.19%、3321.32MPa和498.4HV。压缩断口由大量的韧窝组成，为典型的塑性断裂。烧结温度对TiVNbTa和TiVNbTaAl0.25两种难熔高熵合金的显微组织和力学性能产生了较大的影响。两种合金的晶粒和析出相尺寸均随烧结温度的升高而长大，析出相所占体积分数则逐渐减小，合金在烧结温度为1300℃时出现了晶粒的剧烈长大现象。两种合金的塑性随烧结温度的提高先增大

7、后减小，强度先减小后增大，均在1000℃和1100℃的烧结温度下具有最优的综合力学性能。Al的加入提高了TiVNbTa高熵合金的强度、硬度和塑性，并降低了合金的密度；合金元素O、N的含量越高，TiVNbTa高熵合金的塑性越差，强度和硬度略有提高；与真空电弧炉熔炼法相比，机械合金化+放电等离子烧结的方法制备得到的TiVNbTa和TiVNbTaAl0.25两种难熔高熵合金的压缩屈服强度提高了400MPa以上，而合金塑性下降I较小，机械合金化+放电等离子烧结法制备的两种高熵合金具有更为优良的综合力学性能。关键

8、词：高熵合金；机械合金化；放电等离子烧结；显微组织；力学性能IIAbstractAsanewtypeofalloy,highentropyalloys(HEAs)attractmoreandmoreresearchers'attention.Therefractoryhighentropyalloyhasaseriesofexcellentpropertiessuchashighstrength,highhardness,goodwearr