采用"機械合金化（MA）+放電等離子燒結(jié)（SPS）"的方法制備出Fe₂₈Ni₂₈Mn₂₈Cr₈Cu₈和Fe₂₈Ni₂₈Mn₂₈Cr₈Al₈兩種高熵合金塊體,并研究其微觀組織和力學(xué)性能。結(jié)果表明:兩種高熵合金均在機械合金化后形成了FCC+BCC相的合金粉末。與Fe₂₈Ni₂₈Mn₂₈Cr₈Cu₈合金相比較,當(dāng)Cu元素被Al元素取代之后,Fe₂₈Ni₂₈Mn₂₈Cr₈Al₈高熵合金粉末中BCC結(jié)構(gòu)的固溶體相含量明顯增加。經(jīng)SPS燒結(jié)后,Fe₂₈Ni₂₈Mn₂₈Cr₈Cu<... 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報. 2020,30(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖2 兩種高熵合金塊體的XRD譜

圖1(b)所示為HEA2粉末的XRD譜。與HEA1的XRD譜類似，初始狀態(tài)(0 h)時，各元素的衍射峰清晰可見。球磨20 h后，元素粉的衍射峰強度明顯下降，甚至消失；濕磨40 h后，XRD衍射峰未發(fā)生變化，表明此時粉末已經(jīng)完成機械合金化，最終形成了FCC+BCC相的高熵合金粉末。與HEA1不同的是，HEA2中BCC相粉末的比例較大，表明：當(dāng)Cu元素被Al元素替代后，Al將會促進粉末中BCC相的形成。這主要是因為Al元素的原子半徑要大于合金中其他元素的原子半徑，造成較大的晶格畸變，而BCC相的致密度要低于FCC，有利于畸變能的釋放[24];Cu則容易固溶于基體中，形成FCC相。因此，球磨之后HEA2中BCC相含量要高于HEA1中BCC相含量。圖2所示為經(jīng)SPS燒結(jié)后HEA1和HEA2高熵合金塊體的XRD圖譜；其中HEA1形成了FCC+Cr7C3的組織,而HEA2則為單一的FCC結(jié)構(gòu)。顯然兩種高熵合金粉末在SPS燒結(jié)后都發(fā)生了相變，造成燒結(jié)后相變的主要原因是因為粉末的機械合金化是一個非平衡狀態(tài)下的工藝過程，在球磨機的高速運轉(zhuǎn)下，各元素粉末持續(xù)處于破碎和結(jié)合的循環(huán)中，這樣劇烈的變形促進了粉末的合金化，同時形成了亞穩(wěn)態(tài)的過飽和固溶體。此外，在球磨的過程中產(chǎn)生了大量的納米晶，導(dǎo)致晶界體積分?jǐn)?shù)增大，而在晶界處儲存了大量的畸變能，降低了相變所需的自由能。最終，高熵合金粉末在SPS燒結(jié)成形的過程中，由于高溫以及磁場、電場、等離子體場等多場效應(yīng)的耦合作用下，使得亞穩(wěn)態(tài)的BCC相的晶格發(fā)生重組，最終形成相對更加穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)。隨后，采用排水法測得HEA1和HEA2塊體的致密度分別為96.4%和97.3%�？梢�，兩種高熵合金均達到了較高的致密度。

圖2 兩種高熵合金塊體的XRD譜可以看到在區(qū)域A中，除了Cr的含量較名義成分較低外，其它元素的比例均達到了預(yù)期，說明SPS燒結(jié)后形成了成分比較均勻的組織；在區(qū)域B中，Cr的含量明顯高于名義成分，而在Cr富集的區(qū)域C元素的含量也明顯增大，這說明在燒結(jié)過程在Cr、C兩個元素發(fā)生了反應(yīng)。產(chǎn)生這種富Cr相的原因主要是因為Cr的熔點要高于HEA1中的其他元素，自擴散系數(shù)較低，在機械合金化過程中難以固溶到新相中，造成了Cr元素的偏聚；此外，在HEA1中，F(xiàn)e、Ni、Mn三種元素等原子比時能夠能形成FCC固溶體相[26]，而Cu與Ni之間能夠很好地發(fā)生固溶，根據(jù)表2，可知Cu與Cr之間的混合焓為較大的正值，使得Cr元素更加難以固溶，導(dǎo)致部分區(qū)域的Cr元素的摩爾分?jǐn)?shù)要遠高于名義成分，并與過程控制劑(環(huán)己烷)在高溫下的分解產(chǎn)生的C元素反應(yīng)。根據(jù)文獻[27]可以知道在Fe、Ni、Mn、Cr、Cu各元素中形成Cr7C3所需的自由能最低，因此，Cr7C3的形成具有最大熱力學(xué)動力。


本文編號：3132870