粉末冶金制备CoCrNiCuZn高熵合金及其性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

传统的冶金学认为,由多种元素作为主要组成部分的合金中,很容易形成某些复杂的相或者金属间化合物,这样会严重影响合金的力学性能[1]。所以长期以来,合金的设计理念都是将一到两种元素作为主要组成部分,再选取少量其他元素来使合金的性能得到改善,例如钢和金属间化合物[2]。然而,这种理论被叶均蔚教授等人提出的“高熵合金”这一概念所打破[3]。

高熵合金是近年来出现的一种新型热门合金材料,与仅有一种元素作为主元的传统合金或两主元金属间化合物不同,它一般是由5种或5种以上金属元素按照等原子比或接近等原子比合金化而成的一类合金,各个原子的原子半径差距小,具有简单的固溶体结构或者非晶结构而不是形成金属间化合物[4]。高熵合金自身同时具备热力学上的高熵效应,结构上的晶格畸变效应,动力学上的迟滞扩散效应,以及性质上的“鸡尾酒”效应四大特性。研究发现,高熵合金具有单质金属和传统合金无法比拟的优异性能,如高强度、高硬度,耐腐蚀性好,化学稳定性高等[5]。

北京科技大学张勇教授提出高熵合金的形成有三个准则(至少具有五个组元以获得高混合熵;最大原子半径差小于12%;合金混合焓介于-40~10kJ/mol范围内),在所有高熵合金体系中,拥有面心立方结构的CoCrCuFeNi高熵合金和拥有体心立方结构的CoCrFeNiAl高熵合金被研究得最多[3,4,6,7]。在国外的研究中,高熵合金的合成方法主要是通过将不同的金属混合熔炼铸造而成的[6-10]。但是这种方法不适用于工业生产,因为用这种方法制备高熵合金既不经济,也不环保,最后的成品也要受形状和尺寸上的限制[11]。所以对比之下,“机械合金化”是合成高熵合金的一种更好的方法,它是将选取的几种金属粉末混合并装入到不锈钢球磨罐中,用行星球磨的方式实现混合粉末的不断冷焊和破碎的过程,直到动态平衡,实现高熵合金粉末的制备,机械合金化这种方法有望降低纳米晶材料的制备成本,扩大高熵合金的应用范围[12,13]。

放电等离子烧结是一种利用两电极间通过的电流所产生的热量,配合一定的压力,将粉末快速地烧结成具有高致密度的块体的方法。

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