粉末冶金制備Fe 28 Ni 28 Mn 28 Cr 8 Cu 8 與Fe 28 Ni 28 Mn 28 Cr 8 Al
發(fā)布時(shí)間：2021-04-12 07:09
采用"機(jī)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(jī)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(lái)源】：中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2020,30(05)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【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(lèi)似，初始狀態(tài)(0 h)時(shí)，各元素的衍射峰清晰可見(jiàn)。球磨20 h后，元素粉的衍射峰強(qiáng)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(shí)粉末已經(jīng)完成機(jī)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(huì)促進(jìn)粉末中BCC相的形成。這主要是因?yàn)锳l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B(niǎo)CC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?yàn)榉勰┑臋C(jī)械合金化是一個(gè)非平衡狀態(tài)下的工藝過(guò)程，在球磨機(jī)的高速運(yùn)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(jìn)了粉末的合金化，同時(shí)形成了亞穩(wěn)態(tài)的過(guò)飽和固溶體。此外，在球磨的過(guò)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(chǔ)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(guò)程中，由于高溫以及磁場(chǎng)、電場(chǎng)、等離子體場(chǎng)等多場(chǎng)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(duì)更加穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)。隨后，采用排水法測(cè)得HEA1和HEA2塊體的致密度分別為96.4%和97.3%。可見(jiàn)，兩種高熵合金均達(dá)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(dá)到了預(yù)期，說(shuō)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(shuō)明在燒結(jié)過(guò)程在Cr、C兩個(gè)元素發(fā)生了反應(yīng)。產(chǎn)生這種富Cr相的原因主要是因?yàn)镃r的熔點(diǎn)要高于HEA1中的其他元素，自擴(kuò)散系數(shù)較低，在機(jī)械合金化過(guò)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(shí)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(yuǎn)高于名義成分，并與過(guò)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(xiàn)[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(dòng)力。
本文編號(hào)：3132870
【文章來(lái)源】：中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2020,30(05)北大核心EICSCD
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【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(lèi)似，初始狀態(tài)(0 h)時(shí)，各元素的衍射峰清晰可見(jiàn)。球磨20 h后，元素粉的衍射峰強(qiáng)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(shí)粉末已經(jīng)完成機(jī)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(huì)促進(jìn)粉末中BCC相的形成。這主要是因?yàn)锳l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B(niǎo)CC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?yàn)榉勰┑臋C(jī)械合金化是一個(gè)非平衡狀態(tài)下的工藝過(guò)程，在球磨機(jī)的高速運(yùn)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(jìn)了粉末的合金化，同時(shí)形成了亞穩(wěn)態(tài)的過(guò)飽和固溶體。此外，在球磨的過(guò)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(chǔ)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(guò)程中，由于高溫以及磁場(chǎng)、電場(chǎng)、等離子體場(chǎng)等多場(chǎng)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(duì)更加穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)。隨后，采用排水法測(cè)得HEA1和HEA2塊體的致密度分別為96.4%和97.3%。可見(jiàn)，兩種高熵合金均達(dá)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(dá)到了預(yù)期，說(shuō)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(shuō)明在燒結(jié)過(guò)程在Cr、C兩個(gè)元素發(fā)生了反應(yīng)。產(chǎn)生這種富Cr相的原因主要是因?yàn)镃r的熔點(diǎn)要高于HEA1中的其他元素，自擴(kuò)散系數(shù)較低，在機(jī)械合金化過(guò)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(shí)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(yuǎn)高于名義成分，并與過(guò)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(xiàn)[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(dòng)力。
本文編號(hào)：3132870
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