【摘要】：合金的設(shè)計一直被傳統(tǒng)的設(shè)計理念所束縛,而傳統(tǒng)的合金越來越難滿足生產(chǎn)生活的需求。高熵合金作為一種新興的合金材料,具備諸多優(yōu)異性能。同時鎂作為輕質(zhì)儲氫材料被廣泛的研究,但其儲氫性能存在不足之處,合金化是改善其儲氫性能的重要方法。采用高熵合金的設(shè)計理念,利用機(jī)械合金化的方法制備含鎂高熵合金。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)分析合金的微觀組織及相結(jié)構(gòu),并研究含鎂高熵合金的儲氫性能、電化學(xué)性能、耐腐蝕性能、磁性能。結(jié)果如下:(1)高熵合金Mg_(1.7)AlFeCuCr、Mg_2TiMFeNiCr(M=V,Al,Mn)、Mg_2Ti_2VCu_(0.5)Ni_(0.5)Co、Mg_2TiVCuNiCr相結(jié)構(gòu)中均出現(xiàn)了BCC_1結(jié)構(gòu)的固溶體相結(jié)構(gòu),其中Mg_(1.7)AlFeCuCr為單相的BCC_1結(jié)構(gòu),Mg_2Ti_2VCu_(0.5)Ni_(0.5)Co為雙相固溶體結(jié)構(gòu)(BCC_1+FCC),其余四個合金樣品中均出現(xiàn)了未能固溶的組元單質(zhì);Mg_(1.7)AlFeCuCr、Mg_2TiAl FeNiCr、Mg_2TiVFeNiCr、Mg_2TiVCuNiCr在300℃、4 MPa均能進(jìn)行吸/放氫反應(yīng),其中Mg_2TiAl FeNiCr最大吸氫量為1.50 wt%,四種合金的放氫平臺壓較純鎂高,說明比純鎂更易進(jìn)行放氫反應(yīng)。在25℃時合金的電化學(xué)容量低,合金Mg_2TiVFeNiCr最大容量為93.7 mAh/g,溫度升高,容量增大,在70℃時合金Mg_2TiVFeNiCr的最大電容量為212.3 mAh/g,但合金電極的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性較差。(2)對含鎂高熵合金Mg_x TiAlFeNiCr(x=0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.2)的熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行理論計算表明:當(dāng)x=0.6~1.4時,當(dāng)熱力學(xué)參數(shù):-14.13 KJ/mol≤ΔH_(mix)≤-6.76 KJ/mol,8.68%≤δ≤9.77%,1.70≤Ω≤3.36,15.00%≤(35)R_(max)≤17.50%時,合金為單相BCC_1結(jié)構(gòu);當(dāng)x=1.6~1.8時,當(dāng)熱力學(xué)參數(shù):-5.40 KJ/mol≤ΔH_(mix)≤-4.19KJ/mol,10.03%≤δ≤10.15%,4.14≤Ω≤5.24,14.20%≤ΔR_(max)≤14.70%時,合金為雙相BCC結(jié)構(gòu)(BCC_1+BCC_2);當(dāng)x=2.0~2.2時,當(dāng)熱力學(xué)參數(shù):-3.10 KJ/mol≤ΔH_(mix)≤-2.13 KJ/mol,10.23%≤δ≤10.29%,6.95≤Ω≤9.92,13.30%≤ΔR_(max)≤13.70%時,合金的相結(jié)構(gòu)為BCC_1+BCC_2+Mg,即隨著ΔH_(mix)、δ、Ω的值逐漸增大、(35)R_(max)值的逐漸減小,高熵合金從單相結(jié)構(gòu)向多相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。該理論計算結(jié)果將對以后含鎂高熵合金的設(shè)計提供理論依據(jù);高熵合金在10%HCl溶液和3.5 wt%NaCl溶液中的耐腐蝕性能進(jìn)行研究表明:隨著鎂元素含量的增加,合金的耐腐蝕性能逐漸降低,且在3.5wt%NaCl溶液中的耐腐蝕性能強(qiáng)于鎂合金;此外,對高熵合金的磁性能研究發(fā)現(xiàn)合金的矯頑力在10 Oe~300 Oe之間,可應(yīng)用于半硬磁合金領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139
【圖文】：

atom ratio alloy[20]如圖1.1為等原子比合金的混合熵以及組元數(shù)之間的曲線圖，從圖中了解到，合金的混合熵與組元數(shù)目成線性遞增關(guān)系，當(dāng)組元數(shù)為 2 個時，1 mol 的混合熵為 0.69 R，當(dāng)組元數(shù)為 5 時，1 mol 的混合熵為 1.61 R，很明顯混合熵大于 1.61 R的合金就可以稱作高熵合金。對于傳統(tǒng)合金其混合熵一般不超過 1 R，所以高熵合金的混合熵應(yīng)該超過此值。根據(jù)此圖我們可以做以下分類

圖 1.2 Cu-Ni-Al-Co-Cr-Fe-Si 系合金的 XRD 圖譜[21]Fig1.2 XRD patterns of the Cu-Ni-Al-Co-Cr-Fe-Si alloys[21]尾酒”效應(yīng)酒是一種混合型的飲品，一般有兩種及以上的酒、果汁或其他其兼具酒與其他組分的味道，融合了各個部分的優(yōu)點，此種特應(yīng)。高熵合金系統(tǒng)也呈現(xiàn)出此種特性，學(xué)者 Ranganathan 最早出高熵合金本身同樣具備此種效應(yīng)，由于高熵合金組成元素的之間相互協(xié)同，使得高熵合金本身兼具各組成元素所擁有的優(yōu)棄各元素的缺點，起到了揚長補(bǔ)短的作用，所呈現(xiàn)出來的類似例如，高熵合金中添加一定量的輕質(zhì)元素，B 和 Al 等，則高得更輕、密度更��；添加一定量耐氧化的元素，則高熵合金將添加一定量的耐腐蝕金屬例如 Cr、Ni 等，則會使高熵合金就蝕性能；添加具有高熔點的金屬元素，則會使得高熵合金具備

圖 1.3 高熵合金 AlxCrFeCoNiCu 的硬度和相結(jié)構(gòu)示意圖[22].3.The hardness and the structure diagram of AlxCrFeCoNiCu high entropy a 1.3 我們能夠發(fā)現(xiàn)，隨著合金中 Al 元素的含量的增高，合金C相向 FCC BCC相結(jié)構(gòu)演變，最后轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC 結(jié)構(gòu)的過程。升高，合金的硬度逐步增加，而 Al 元素其本身并不具備高硬能和合金中的其他元素相互交互，進(jìn)而形成的BCC 結(jié)構(gòu)具備滯擴(kuò)散效應(yīng)oCrCuFeNi[23]等高熵合金的結(jié)構(gòu)中我們不難發(fā)現(xiàn)在其基體上的析出物，這些析出物的存在證明高熵合金在相轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散過為高熵合金的組成元素較多且原子半徑差異比較大，從而導(dǎo)致慢，另外，各種元素原子在進(jìn)行擴(kuò)散時，由于各種原子的活潑活躍性較差的原子很難有機(jī)會在空位中擴(kuò)散，從而使得擴(kuò)散減

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2758104