本文選題：高熵合金 + 組織結構　； 參考：《北京科技大學》2017年博士論文

【摘要】：在過去的十幾年中,高熵合金的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)合金的設計理念。高熵合金由于其獨特的相結構以及優(yōu)異的性能而備受矚目。高熵合金中高的混合熵容易穩(wěn)定固溶體相,從而抑制有序相及金屬間化合物相的析出；其嚴重的晶格畸變以及緩慢擴散效應導致合金往往具有較高的強度、硬度、良好的抗高溫軟化能力等等。此外,已有研究顯示,高熵合金在功能方面,例如磁性材料方面具有潛在的應用前景。傳統(tǒng)軟磁材料,例如硅鋼、Fe-Co合金、非晶合金,以及磁控形狀記憶合金Ni-Mn-Ga,其應用往往由于合金的脆性而受到限制。那么,尋求合金的磁性能與力學性能間的平衡至關重要。高熵合金通過成分設計可以兼具較高的強度與良好的塑性,但是其磁性能研究甚少,而現(xiàn)有的高熵合金體系往往含有鐵磁性元素Co、Fe、Ni,因而,研究具有良好綜合性能的磁性高熵合金勢在必行。因此,本文旨在開發(fā)和制備多種磁性高熵合金,系統(tǒng)地研究高熵合金的相形成和磁性能。根據(jù)高熵合金的概念,本文首先在CoFeNi基礎上添加A1和Si,設計出CoFeNi(AlSi)x系高熵合金,并深入研究了其組織和性能。研究結果顯示,合金的飽和磁化強度隨著非鐵磁性元素A1、Si含量的增多呈直線下降趨勢,而合金的屈服強度和硬度不斷升高,然而,過量的Al、Si(x0.5)使得合金的塑性變差。其中,真空電弧熔煉的CoFeNi(AlSi)0.2合金具有良好的綜合性能,其延展性好,飽和磁化強度高(1.15 T),電阻率高(69.5μΩ·cm),但是矯頑力偏大(1400 A/m)。由于鑄態(tài)合金不可避免地存在一些組織和結構上的缺陷,如枝晶偏析、孔洞等,同時還會存在內(nèi)應力,這必將影響合金的性能。因此,后續(xù)采用銅模吸鑄,熱處理以及Bridgman定向凝固技術來改善合金的磁性能,合金的矯頑力得到了明顯降低。與高硅鋼相比,CoFeNi(AlSi)o.2合金軟磁磁性能好、易加工,表現(xiàn)出良好的應用前景。其次,為了制備出具有磁控形狀記憶效應的高熵合金,在CoFeNi基礎上添加Mn和Ga,并調節(jié)Co和Fe的含量設計出CoxFe1-xNiMnGa系多元合金,試圖通過元素取代而改善Ni2MnGa磁控形狀記憶合金的塑性。實驗結果顯示,雖然大量的元素替代使得合金的混合熵提高,有序化程度降低,但馬氏體相變被推遲到-170℃以下或相變消失,該系合金并未呈現(xiàn)形狀記憶效應。此外,元素替代并未完全改變合金的脆性斷裂,合金的斷裂機制為沿晶斷裂和解理斷裂相結合。Co的添加使得合金的飽和磁化強度、居里溫度大幅提高,CoNiMnGa合金表現(xiàn)出了很好的高溫使用優(yōu)勢。由于在Ni-Mn-Ga類合金中,合金的磁矩主要源于Mn。本文在CoFeNi三元合金的基礎上單獨添加Mn,研究Mn對合金性能的影響。此后,又添加磁控形狀記憶合金中經(jīng)常出現(xiàn)的Al、Ga、Sn元素設計出CoFeNiMnX (X=Al, Ga, Sn)系列高熵合金,研究元素添加對合金結構和磁性能的影響。研究結果顯示,Al、Ga、Sn的添加均使得合金有序化增強,合金基體均轉變?yōu)橛行蚪Y構,合金的強度升高、塑性變差。密度泛函模擬(DFT)顯示,這三種元素的添加使得Mn在CoFeNiMn合金中所表現(xiàn)出的反鐵磁性得到抑制,向鐵磁性轉變。CoFeNiMnAl合金具有最高的飽和磁化強度,147Am2/kg,與CoFeNi合金相當。然而,A1的添加并非越多越好。對于鑄態(tài)下的CoFeNiMnAlx(x=0.25,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5,1.75,2.0)系合金,其飽和磁化強度隨著Al含量的增多先增加后減小,在等原子比CoFeNiMnAl合金處達到最大值。過量Al的添加對合金的飽和磁化強度起削弱作用。此外,合金的飽和磁化強度與晶體結構密切相關,對于同一合金而言,其BCC相含量越多,合金的飽和磁化強度越高。
[Abstract]:In the past decade, emergence of high entropy alloy has broken the traditional design concept of alloys. High entropy alloy due to its unique structure and excellent performance has attracted attention. The entropy of mixing high entropy alloy and high stability to solid solution phase, thereby inhibiting the ordered phase and intermetallic compound phase precipitation; the serious lattice distortion and slow diffusion effect of lead alloy often has high strength, hardness, high-temperature softening ability and so on. In addition, studies have shown that high entropy alloy in the aspect of function, for example, has a potential application prospect of magnetic materials. The traditional soft magnetic materials, such as silicon steel, Fe-Co alloy, non amorphous alloy, and magnetic shape memory alloy Ni-Mn-Ga, its application is often due to the brittleness of the alloy is limited. So, the magnetic alloy can seek the balance between vital and mechanical properties of high entropy alloys through. The design can be both high strength and good plasticity, but little research on the magnetic properties, and high entropy alloy existing system often contains ferromagnetic elements Co, Fe, Ni, and magnetic properties of high entropy alloy has good comprehensive performance research is imperative. Therefore, this paper aims at the development and preparation of a variety of high magnetic entropy alloys, systematic study of high entropy alloy phase formation and magnetic properties. According to the concept of high entropy alloy, firstly, the addition of A1 and Si on the basis of CoFeNi design CoFeNi (AlSi) x high entropy alloys, and in-depth study of its microstructure and properties. The results of the study show that the saturation magnetization of alloy with the non ferromagnetic elements of A1, the increase of Si content was decreased, and the yield strength of the alloy and the hardness increase, however, excess Al, Si (x0.5) makes the plasticity of the alloy becomes worse. The vacuum arc melting of CoFeNi alloy with 0.2 (AlSi) Good comprehensive performance, its good ductility, high saturation magnetization intensity (1.15 T), high resistivity (69.5. Cm), but the coercivity is larger (1400 A/m). The cast alloy inevitably has some tissue and structural defects, such as dendrite segregation, such as holes, with when will the internal stress, which will affect the performance of the alloy. Therefore, the follow-up by suction casting, heat treatment and Bridgman directional solidification technique to improve the magnetic properties of the alloy, the coercivity of the alloy has been significantly reduced. Compared with high silicon steel, CoFeNi (AlSi) soft magnetic properties of O.2 alloy, easy processing that shows a good application prospect. Secondly, in order to prepare high entropy alloy with shape memory effect of the addition of Mn and Ga magnetron, on the basis of CoFeNi, CoxFe1-xNiMnGa alloy content design and adjustment of Co and Fe, attempts to replace and improve the elements of Ni2MnGa magnetic shape memory The ductility of the alloy. The experimental results show that although the entropy of mixing a large number of elements substitution made of alloy, reduce the degree of ordering, but martensitic transformation was delayed to -170 DEG C or phase disappeared, the alloys did not show shape memory effect. In addition, element substitution did not change the end of brittle fracture of alloy, fracture mechanism the alloy is intergranular fracture and cleavage fracture combined with the addition of.Co alloy makes the saturation magnetization, Curie temperature increase, CoNiMnGa alloy exhibits the advantages of good high temperature. Due to the Ni-Mn-Ga alloy, the main source of Mn. in magnetic alloy based on CoFeNi three yuan on the single addition of Mn alloy and the influence of Mn on the properties of the alloy. Since then, often added magnetic shape memory alloy in Al, Ga, Sn elements design CoFeNiMnX (X=Al, Ga, Sn) series of high entropy alloy elements on tim Influence on the structure and magnetic properties of the alloy. The results showed that Al, Ga, Sn were added to make alloy ordering enhanced alloy matrix into ordered structure, increase the strength of the alloy, plastic variation. Density functional simulation (DFT) showed that the addition of these three elements to Mn the CoFeNiMn alloy antiferromagnetic to ferromagnetic transition is suppressed, the.CoFeNiMnAl alloy has the highest saturation magnetization, 147Am2/kg, and CoFeNi alloy. However, the addition of A1 is not the more the better. For as cast CoFeNiMnAlx (x= 0.25,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5,1.75,2.0) alloys, the saturation magnetization with the increase of Al content increased first and then decreased, in Equiatomic CoFeNiMnAl alloy at maximum. The addition of excess Al on the saturation magnetization of the alloy has weakened. In addition, alloy saturation magnetization and crystal structure closely In relation to the same alloy, the more the BCC phase content, the higher the saturation magnetization of the alloy.

【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.16

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本文編號：1757803