【摘要】：多組元高熵合金是基于等摩爾比、高混合熵的設(shè)計(jì)思路而發(fā)展起來的。與傳統(tǒng)的單主元或兩主元合金不同,高熵合金通常由5種或5種以上的元素組成。由于高熵效應(yīng),系統(tǒng)通常形成簡單的面心立方(FCC)或體心立方(BCC)固溶體,無或微量金屬間化合物生成。與傳統(tǒng)合金相比較,高熵合金具有很大的研究與應(yīng)用前景。目前主要通過傳統(tǒng)熔鑄方法制備高熵合金,但關(guān)于高熵合金涂層,尤其是含硼高熵合金涂層的研究報(bào)道較少。為了得到高質(zhì)量的高熵合金涂層,本文通過激光熔覆技術(shù)在Q235表面制備了變硼系列的FeCoNiCrAlxCu0.7Si0.1By(x=0.3,2.3;y=0.15,0.3,0.6)和變Al系列的FeCoNiCrAl_xCu_(0.7)Si_(0.1)B_(0.3)(x=0.7,1.0,1.2,1.5,1.8)高熵合金涂層。光學(xué)顯微鏡(OM)、維氏硬度計(jì)、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn),來研究B元素的含量、Al元素的含量、激光熔覆工藝對(duì)含硼高熵合金涂層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:變硼系列的FeCoNiCrAl_(0.3)Cu_(0.7)Si_(0.1)B_x涂層由簡單FCC相組成;FeCoNiCrAl2.3Cu0.7Si0.1Bx涂層由簡單BCC相組成,均未出現(xiàn)明顯第二相析出物。當(dāng)涂層中硼含量逐漸增多,枝晶間Cr元素更加富集,晶內(nèi)區(qū)域Cr含量逐漸減少,涂層中成分偏析現(xiàn)象進(jìn)一步加重。硼元素在FCC相晶格間隙的固溶度明顯高于BCC相。硼添加量不宜過多,在涂層中加入過量的硼會(huì)造成嚴(yán)重的成分偏析,樹枝晶增粗,并使涂層的塑韌性大大惡化。本文的研究結(jié)果顯示:應(yīng)用于激光熔覆領(lǐng)域的含硼高熵合金中硼元素的添加相對(duì)組成量x以不超過0.3為宜。變Al系列的FeCoNiCrAl_xCu_(0.7)Si_(0.1)B_(0.3)高熵合金涂層(x=0.7,1.0,1.2,1.5,1.8)具有較簡單的晶體結(jié)構(gòu),Al含量x≤0.7時(shí),此時(shí)XRD結(jié)果顯示涂層為單相的FCC固溶體。Al含量x=1.0時(shí),涂層為FCC+BCC雙相結(jié)構(gòu)。硼元素的加入促進(jìn)了FCC相形核,顯著推遲FCC相向BCC相轉(zhuǎn)變。Al含量x≥1.2時(shí),涂層由簡單的BCC相構(gòu)成,FCC相基本消失。當(dāng)Al含量x≥1.5時(shí),涂層枝晶間析出少量層片狀的類似析出物。Al含量的增加會(huì)使涂層的相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,同時(shí)涂層的硬度會(huì)顯著提高,但其斷裂韌性會(huì)逐漸降低。Al含量x=1.2時(shí),涂層為單相的BCC固溶體,樹枝晶細(xì)小均勻,此時(shí)涂層的綜合性能最佳。經(jīng)過一系列溫度梯度的高溫退火后,涂層樹枝晶組織逐漸熔斷,原存的少量類似析出物在高溫下基本溶解,涂層晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化�？傮w上合金涂層經(jīng)退火后硬度小幅度下降,斷裂韌性有所提升。同樣組成的含硼高熵合金,通過真空熔煉制成的合金塊體與利用激光熔覆制成的合金涂層相比,涂層中硼化物的析出明顯受到很大的抑制,形態(tài)也發(fā)生顯著改善。無論是顯微硬度還是斷裂韌性,涂層均高于塊體,顯示出激光快速凝固技術(shù)在制備高熵合金方面的優(yōu)越性。在保證涂層與基體冶金結(jié)合良好的前提下,增大激光掃描速度會(huì)使得顯微組織變得更加細(xì)小,合金涂層的硬度與斷裂韌性都有所提高。在高熵合金涂層中加入適量的Mn和Mo元素,均促使FCC相的形成,涂層中無明顯第二相析出,合金涂層均顯示良好的斷裂韌性。在涂層中復(fù)合添加Mn和Mo元素,并除去Cu元素后,涂層經(jīng)過1200℃高溫退火,硬度僅下降3%,顯示出良好的高溫穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4;TG139

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2517722