多主元合金是一种是一种新型合金,其发展潜力巨大,因而对其进行研究的学者和机构有很多。

多组元高熵合金自2004年被叶均蔚等人提出后,逐渐成为材料界一个新的研究方向。高熵合金拥有强烈的晶格畸变效应,因而具有高强度。并且由于其缓慢的扩散效应而拥有良好的高温蠕变和抗软化性能。多主元高熵合金相比传统合金拥有优异的性能,在高温材料和涂层方面拥有无限的潜力。在过去的时间中,人们研究了大量的高熵合金,包括以FCC为主要相的CoCrFeMnNi[6]合金,以BCC为主要相的NbMoTaW[7]合金,以及由它们派生出的CrFeCoNi和NbMoTaW[8]合金。然而,对它们进行力学测试发现,具有FCC结构的高熵合金具有良好的韧性,但是强度欠佳,具有BCC结构的高熵合金具有出色的强度但是塑性较低[9]。为了改善强度和韧性之间的欠缺,我们通常选用两种方式:增强以FCC为相占主导地位合金的强度;或者提高由单一BCC相组成合金的塑性。关于前者已经有了大量的研究方法已经被证实可行:固溶强化[10]、氮化[11]、变形强化[12]和加热退火[13]。与CoCrFeNi合金相比,改进后的合金有较高的抗压强度和硬度,但在强度方面还是有些差强人意。至于第二种方法,增强带有BCC结构的高熵合金的韧性,这种方法可行度较低,直到现在还没有令人满意的结果被报道出来。大量研究结果表示同时具有软FCC相与硬BCC相或者金属间化合物相的合金可能有较为平衡的强度和韧性。含有层状或者棒状的共晶结构作为原位复合物的两相。此外,共晶结构也有限制高温蠕变、低能相边界和可控的微观结构的优点。

多主元合金有着自己优于传统合金的性能,如多主元合金的高温性能好、硬度和强度高、耐腐蚀性能好等。但是前期研究证明高熵并非是决定合金性能的最关键因素。并且随着主元素的增加,合金的分析难度大大增加,因此如何降低合金主元数量的同时,使合金拥有高熵合金的全部或者部分性能成为了研究的另一个热点。

由于主元的多样性,每个主元都会将自己的一些特性带进合金中,使得多主元合金具有复杂多样的性能。因而主元及其含量对高熵合金的性能影响很大。

通过研究发现热处理能够对高熵合金的微观结构进行控制,从而达到其目标要求。因为多主元合金主元的多样性,热处理对其的影响有别与传统合金。目前许多学者正在着手研究热处理对多主元合金的影响,并取得一定的成果。

沈阳工程大学张松[14]等对铁单元素基合金表面激光高熵合金化涂层的制备进行了研究,成功给Fe基合金Q235钢制作涂层,涂层为FeCoCrAlCu多主元合金,其中四种元素都为等摩尔原子比。利用的方法为较新的激光熔覆法。利用XRD扫描电镜以及硬度计等设备对FeCoCrAlCu激光高熵合金化的组织结构进行分析研究,获得了十分有意义的研究成果:以Fe为基体的Q235钢在进行激光熔覆时同涂层合金发生了合金化,形成了成分为FeCoCrAlCu的五主元高熵合金;新形成的高熵合金具有简单的体心立方结构;金相处理后的组织为枝晶组织;整个涂层表面的混乱度是呈现阶梯状下降,从表面到中心混乱度逐渐下降,从高熵到低熵;FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层具有高硬度,涂层处理后的合金硬度是之前的3倍以上。

哈尔滨工业大学的林丽容[15]等对ZrVMoHfTii、ZrVMoHfNb以及TiZrHfNbMo等合金进行了研究。这些高熵合金都是从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta及Mo七种元素中选取5种进行配置,制备方法为非自耗电弧熔炼炉熔炼法,对合金采用OM、SEM、EDS、XRD及DTA等方法对合金的组织形貌、相结构进行观察分析机械性能进行测试而后又对合金进行力学性能测试,主要测试的是合金的硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能。研究结果表明所选取的合金都拥有体心立方、面心立方等简单的晶体结构,其中ZrVMoHfTi在进行压缩断裂方式为脆性断裂而非其他合金的经过塑性变形后才断裂。所实验的6组合金均具有较高的强度和硬度。而在对式样进行摩擦磨损实验室时发现ZrVMoHfNb合金具有超高的耐磨性。TiZrHfNbMo合金因其具有单一均匀的体心立方相而具有高耐腐蚀性。

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