AlCoCrNiSiTix高熵合金微观组织结构与力学性能

  高熵合金是由5种或5种以上元素组成的合金,其中每种元素的原子分数至少大于5%,但不超过35%,这突破了以一种或两种金属元素为主的传统合金设计理念。传统合金发展的普遍经验认为,合金的组元数越多,形成复杂相金属间化合物的倾向越大,大量金属间化合物和复杂相的形成会导致合金性能的恶化,并使得合金的组织分析变得更加困难,由此不利于合金多主元的发展。

  目前的研究表明,高熵合金的多主元混合产生高熵效应,使得高熵合金形成简单结构的固溶体相,抑制了金属间化合物和复杂相的形成。高熵合金具有极高的硬度、高强度、耐高温氧化和耐磨性等优于传统合金的性能,这使其具有较大的发展前景,引起了很多学者的关注。鉴于此,本文研究了元素Ti对AlCoCrNiSix系列高熵合金微观组织结构与力学性能的影响。

  原料采用纯度大于99.9%的纯金属Al、Co、Cr、Ni、Si、Ti,按照摩尔比的方式进行配料,制备AlCoCrNiSiTix高熵合金。采用WS-4型非自耗真空熔炼炉熔炼合金,坩埚采用水冷铜坩埚,通入Ar气保护气体,防止在熔炼过程中的氧化、烧损,原材料按照熔点由低到高先后放入坩埚,熔炼试样4次以上,保证各元素混合均匀。

  AlCoCrNiSiTix高熵合金铸态情况下,主要以bcc1(AlNi)+bcc2(CrSi)两相组成,Ti元素的添加,使合金中形成了少量金属间化合物Ni3Ti。AlCoCrNiSiTix高熵合金铸态组织形态呈树枝晶,Ti元素有促进合金在凝固过程中以树枝晶的方式生长。Ti元素使AlCoCrNiSiTix高熵合金显微硬度显著提高,其硬度最高可达1041HV。