毕业论文-高熵合金的制造工艺、性能及应用研究

毕业设计 高熵合金的制造工艺、性能及应用研究学生姓名：学系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化指导教师：二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日

毕业设计任务书设计题目：高熵合金的制造工艺、性能及应用研究系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：学生：指导教师（含职称）：1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，了解高熵合金的概念、制造方法及工艺、性能特点及应用；了解金属材料熔炼的基本方法及工艺，了解金属材料组织和力学性能的检测方法，为学生在毕业后从事材料成型技术工作打好基础。2．主要任务（1）查阅20篇以上的科技文献。（2）了解高熵合金熔炼的实验方案。（3）了解高熵合金的性能特点、应用及力学性能检测方法。（4）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。（5）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。3．主要参考资料[1]郭卫凡.多主元高熵合金的研究进展[J]．金属功能材料，2009，16（1）：49-53.[2]高家诚，李锐.高熵合金研究的新进展[J].功能材料，2008，39（7）：1059-1061.[3]张力.高熵合金的制备及组织与性能[D].吉林大学,2008:11-56.4．进度安排设计各阶段名称起止日期1查阅文献，完成开题报告12月1日~12月31日2阅读相关文献，掌握高熵合金的制造工艺1月1日~3月10日3掌握高熵合金的性能特点，完成中期检查3月11日~4月30日4高熵合金的力学性能检测5月1日~5月15日5撰写毕业论文，准备答辩5月16日~6月10日审核人：年月日②AlCoCrCuNi高熵合金中,Fe的添加不会使固溶体相和微观结构发生明显的变化，这使得AlCoCrCuNi和AlCoCrFeNi两种合金的硬度接近。Kim等对多主元高熵合金FeCrMnNiCo进行了研究，研究表明：拥有5个等摩尔组元的FeCrMnNiCo高熵合金熔铸后会形成单一的FCC相结构；含有6到9种等摩尔过渡金属元素的高熵合金也具有相似的FCC相结构；含有16到20种等摩尔组元的高熵合金在熔铸后都具有多相、晶态和易脆的特点，不能形成非晶结构。这表明高熵原理不再适用，亦表明还有其他的重要因素影响非晶结构的形成[6]。刘源等也对不同Cr含量的AlTiFeNiCuCrx多主元高熵合金的凝固模式和微观组织进行了研究。结果表明，合金铸态组织由枝晶状初生相、菊花状共晶组织以及枝晶间富Cu相共同组成，并随着Cr含量的增加，初生相由贫Cr的β相向富Cr的α相转变，同时共晶组织的含量出现先增加后减少的趋势。当x＝0.5时合金为亚共晶凝固模式，凝固结构为初生相（β）＋共晶组织（α＋β）；当x≈1.0时合金为共晶凝固模式，凝固结构基本全为共晶组织（α＋β）；当x＝1.5、2.0、3.0时合金为过共晶凝固模式，凝固结构为初生相（α）＋共晶组织（α＋β）。XRD分析表明AlTiFeNiCuCrx高熵合金仅由简单的体心立方结构相和面心立方结构相组成；Cr含量的增加并未导致合金相数的变化,且形成的相数远低于平衡相律所预测的相数[7]。还有学者对AlCrFeCuNix高熵合金的组织及性能进行了研究，合金组织由BCC、FCC和AlFe0.23Nix三个相组成，而且随着Ni含量的变化，合金的组织结构没有明显的不同，只是Ni含量不同的合金相的比例和晶粒的大小略有不同。表1.1列出不同的Ni含量高熵合金的三种相含量的变化情况。表1.1不同Ni含量高熵合金三种相的含量（%）含量（%）BCCFCCAlFe0.23NixAlCrFeCuNi0.651.043.45.6AlCrFeCuNi0.850.730.119.2AlCrFeCuNi1.054.926.718.4AlCrFeCuNi1.248.528.722.8AlCrFeCuNi1.444.651.63.8此外各国研究人员还对高熵合金的腐蚀、磨损、磁性能、热处理之后的组织、储氢等一系列性能以及高熵合金氧化膜及氮化膜的力学性能等进行了广泛的研究[3]。1.5本文的研究内容多主元高熵合金的概念提出之后，受到了国内外研究者的广泛研究与探索，但是目前高熵合金的研究仍处于初级阶段，实验结果和理论研究都相对较少。本文主要是通过对五组元和八组元高熵合金系列的不同摩尔比以及对其组织与性能进行了研究，主要进行了如下的工作：（1）通过改变AlCoFeCuNi系五组元高熵合金的摩尔比的含量，探讨高熵合金的金相组织、组织形貌、硬度的影响。（2）通过改变AlCoFeCuNi系五组元高熵合金烧结前的粘结剂种类、比例，探讨试样的金相组织、组织形貌、硬度的变化。（3）通过改变AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金的摩尔比的含量，探讨高熵合金的金相组织、组织形貌、硬度的影响。（4）通过改变AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金烧结前的粘结剂种类、比例，探讨试样的金相组织、组织形貌、硬度的变化。2高熵合金的熔炼2.1真空电弧炉的组成与原理真空电弧炉如图2.1所示，由炉体、电源、真空系统、电控系统、光学系统和水冷系统组成。炉体部分由炉壳、电极、结晶器及电极升降装置构成。工作时，在电极(负极)和水冷铜结晶器(正极)形成的两极之间，建立低电压(20～40V)大电流(若干kA)，产生电弧放电，靠电弧释放出的热量来熔化金属。电炉一般是直流供电，一根电极。按照熔炼过程中电极是否消耗(熔化)，分成非自耗电极电弧炉熔炼和自耗电极电弧炉熔炼两种。非自耗电弧炉，电极用钨等高熔点材料制成，电弧熔炼时电极本身并不熔化，是永久性的。自耗电极电弧炉的电极采用被熔炼材料制成，如熔炼钛时电极通常用海绵钛压制而成，在熔炼过程中电极本身被熔化。电极升降装置随着电极的不断消耗使电极稳定下降，以保持两极的距离和电弧的稳定。真空自耗电弧炉熔炼一般是在1.3～1.3×10-1Pa的炉内压力下进行。电弧温度可高达5000K。电极熔化的液滴通过弧区时，便会产生强烈的挥发、分解、化合等脱气、去除杂质的净化作用，然后滴入水冷铜结晶器中凝固成铸锭。真空电弧熔炼不使用耐火材料，熔炼高熔点难熔金属钨、钼、钽、铌和活性很高的钛和锆时可不受耐火材料的污染。炉料边熔化边凝固可消除缩孔、中心疏松和偏析等常见铸锭缺陷，使加工性能优良。自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器、继电器、过载保护等相互组合达到根据水温自动启停，保护等功能。图2.1真空电弧炉2.2真空电弧炉结构特点2.2.1工业冷水机FL-O2工业冷水机组（如图2.2）的冷却原理工业冷水机组的系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变成气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加），高温的气态制冷剂通过水冷冷凝器散热，温度下降并凝结成液体。通过膨胀阀(或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环系统。水循环系统:水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷冻水箱中。电器自控系统:包括电源部分和自动控制部分。电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供应电源自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器、继电器、过载保护等相互组合达到根据水温自动启停，保护等功能。图2.2工业冷水机2.2.2HM630逆变式直流手工弧焊机HM630逆变式直流手工弧焊机（如图2.3）是采用IGBT功率开关器件通过先进的软开关PWM脉宽调制技术奖50Hz的工频逆变为20KHz高频，在进行降压整流，输出可供焊接的大功率直流电源。具有以下显著特点：采用先进的全桥软开关逆变技术和IGBT功率开关器件制造，高效、节能；采用PWM脉宽调制技术，逆变功率达20KHz，动态响应速度快，电弧平稳，焊接性能优异，焊缝成型美观；电流电压采用数字显示，直观、方便，并可进行电流预置；起弧电流可以调节，引弧可靠，操作方便不粘焊条；设有电弧推力调节电路，可根据焊接工艺需要调节电弧特性，焊接过程稳定飞溅小；具有过热、过流、欠压保护功能，焊接工作安全可靠。适用范围：可对不锈钢、碳钢、铸铁、铜及其合金等金属材料进行焊接。广泛适用于机械、石油、化工、造船、车辆、电力建设及建筑装饰等行业。图2.3HM630逆变式直流手工弧焊机2.2.3WK系列真空电弧炉简介WK型真空电弧炉（如图2.4）是由炉体、上电极、下电极及升降机构、真空系统及电源系统等成。真空系统采用二级泵，即油扩散泵和机械泵，机械泵上设有电磁放气阀避免停电后返油。真空机组上设有水冷挡板、放气阀及充气阀，最高真空度可以达到10-3Pa.炉体采用双层水冷结构，内层为不锈钢，外层为钢板焊接而成，下电极装有4坩埚移动上电极可选择进行熔化，下电极可上下移动并可移出，装取料方便，炉正面设有一个观察窗用来操作引弧，观察窗上装有墨色玻璃保护操作者的眼睛。可以在高纯氩气的保护下熔炼各种合金、制备复合材料、还可以将所熔炼的合金或复合材料浇注成所需的形状。主要适用于在真空或保护气体条件下对少量贵金属或合金材料进行熔化和制备。注意事项1机组在适用过程中必须特别注意清洁，应尽可能避免内部污染，不工作时应将内部抽成真空；2低真空在5Pa以下时方可打开扩散泵并预热；3机组真空度低于3Pa时方可打开扩散泵抽高真空；4取料后应立即清洗炉体，不用时应抽至低真空；5断电时立即切断真空测量并关高真空阀、电源并打开备用水。图2.4WK系列真空电弧炉2.3试样金相组织与性能分析两处的显微组织如图2.5a、b所示10μ10μm10μm图2.5a显微组织图2.5b显微组织测量该试样的硬度，压痕图像如图2.6所示，其结果如下：测试零件名称(Nameofthehardwareinthetest):测试零件名称测试时间(Testtime):2015-04-2218:20:11试样号(SampleNo.):仪器号(InsturmentNo.):MICRO-586试验力(TestForce):200力保持时间(Durationofforce):10试验次数(TestTimes):3显微镜倍率(MicroscopeMagnification):40压头钢球直径(Presssteelballdiameter):2.5试验值(TestValue):第1次(1times):d1=20.500d2=21.151HV=855.14HB=0.00第2次(2times):d1=21.314d2=22.127HV=786.12HB=0.00第3次(3times):d1=21.151d2=22.127HV=792.05HB=0.00平均值(AverageVlaue):811.10极差(Range):69.02最大值(Max.Vlaue):855.14分散度(Disperse):8.51%最小值(Min.Vlaue):786.12图2.6压痕图像真空熔炼的试样的金相显微组织（图2.5a、b）是典型的树枝晶，晶粒彼此间比较均匀，气泡、缩松很小，故而组织较致密。3高熵合金烧结试样的制备3.1配置高熵合金多主元高熵合金由五种以上的金属或金属与非金属，经过熔炼、烧结或者其他方法组合而形成具有金属特性的材料。从目前研究状况来看，为了获得更高的熵值，高熵合金的主要组元大都大于5种，组元原子分数一般不超过35%。首次制备高熵合金所使用方法是真空电弧炉熔铸法，这是迄今为止最传统、应用最多方法。随后应用了磁控溅射的方法成功地制备了多主元高功能合金镀膜，还有文献期刊报道利用热喷涂制备高熵合金薄膜。姚陈忠[8]等通过恒电位电化学沉积成功制备了非晶态高熵合金Fe13.8Co28.7Ni4.0Mn22.1Bi14.9Tm16.5薄膜。高熵合金都可以采用熔铸、锻造、粉末冶金和喷涂法以及镀膜法来制作块材、涂层和薄膜材料,随着高熵合金的制备工艺增多与改良，必然使其应用的领域得到更大拓展。本实验制备的高熵合金所需元素有：Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si，实验所需原材料的纯度都在99.9%或者以上，通过等摩尔比和近似摩尔比配制得相应的五组元和八组元合金系列成分。配制的五组元高熵合金，两组不同成分的试样摩尔比分别为Al：Co：Cr：Fe：Ni=1：1：1：1：1，Al：Co：Cr：Fe：Ni=1：0.5：0.5：1：0.5，前者各元素分别取1/4mol，后者在前者基础上将元素Co、Cr、Ni改为取1/8mol。配制的八组元高熵合金，两组不同成分的试样摩尔比分别为Al：Cr：Co：Fe：Ni：Mo：Ti：Si=0.5:0.5：0.5：0.5：0.5：0.5：0.75:0.25，前者各元素分别取1/4mol，后者在前者基础上将元素Co、Cr、Ni改为取1/8mol。高熵合金组元元素基本参数如表3.1所示。表3.1高熵合金组元元素基本参数元素晶体结构原子量原子半径（Å）熔点（K）沸点（K）晶格常数（Å）AlFCC26.981.82933.2527404.049CrBCC52.001.25213029452.91CoHexagonal58.931.2517683201a=2.500b=4.069FeBCC55.841.24180931352.866NiFCC58.691.25172631873.524MoBCC95.942.01261746123.147TiHexagonal47.91.4519433562a=2.951b=4.679SiFCC28.081.46168731735.4313.2粘结剂的配制粘结剂是磨料和基体之间粘结强度的保证，为了提高压坯的强度或防止粉末偏析而添加到粉末中的可在烧结前或烧结过程中除掉的物质。随着化工工业的发展，各种新型粘结剂进入了涂附磨具领域，提高了涂附磨具的性能，促进了涂附磨具工业的发展。粘结剂除了胶料外，还包括溶剂、固化剂、增韧剂、防腐剂、着色剂、消泡剂等辅助成分。粘结剂除了最常用的动物胶外，还包括合成树脂、橡胶和油漆。本文所采用的粘结剂成份为：松香、松节油、EVA(热熔胶)、石蜡。松香和松节油可以做粘合剂工业，以松香酯和氢化松香酯为基本原料的粘合剂，常用作热熔性粘合剂、压敏粘合剂和橡胶增粘剂，无论是橡胶粘合剂还是合成树脂基粘合剂，或植物成分粘合剂中，常用松香作为粘合剂成分。松香基材料一般适用于热熔性粘合剂、压敏粘合剂、橡胶增粘剂和胶粘剂等，特别是热熔性粘合剂的迅速增加，松香在粘合剂工业中的使用量显著增加。松香的加入主要是增加粘合剂的强度、柔软性和粘合性能。EVA热熔胶是一种不需溶剂、不含水分100%的固体可熔性聚合物；它在常温下为固体，加热熔融到一定温度变为能流动，且有一定粘性的液体。熔融后的EVA热熔胶，呈浅棕色或白色。EVA热熔胶由基本树脂、增粘剂、粘度调节剂和抗氧剂等成分组成。以下是我的实验所需的粘结剂的配制：（1）以松香和松节油混合所配制的粘结剂将块状松香捣碎成小碎块并磨制成粉末（可用筛网过滤），以便松香与松节油充分地混合。使用精度为0.001克的电子称按松香比松节油为1:3的比例称取。（2）以EVA（热熔胶）、松香、石蜡混合所配制的粘结剂如图3.1所示将块状石蜡和松香分别研墨成粉末，以热熔粉比松香比石蜡为100:60:20的比例适量称取并充分混合，搅拌均匀。图3.1以EVA（热熔胶）、松香、石蜡混合所配制的粘结剂3.3高熵合金试样的制备取适量且不同比例的高熵合金与第一种粘结剂（松香、松节油）混合，如图所示3.2，利用金相试样镶嵌机XQ-2B（如图所示3.3）将其压制成圆柱块状，压制时不需加热即可。随后将其放入GQ70B型电热干燥恒温箱（如图所示3.4），在恒温100℃下保温六小时以上，最后则将其放入真空烧结炉内烧结。取适量且不同比例的高熵合金与第二种粘结剂（EVA、松香、石蜡）按照3:1、5:1的比例混合，利用金相试样镶嵌机XQ-2B将其压制成圆柱块状，压制时不需加热即可。随后将其放入GQ70B型电热干燥恒温箱，在恒温100℃下保温六小时以上，最后则将其放入真空烧结炉内烧结。各试样的命名方式如下表3.2所示：表3.2各试样的命名方式五组元八组元采用松香、松节油为粘结剂且金属各元素为1/4mol的高熵合金试样A1试样B1采用松香、松节油为粘结剂且金属各元素为1/8mol的高熵合金试样A2试样B2采用EVA、松香、石蜡为粘结剂且高熵合金粉末与粘结剂比例为3:1，金属各元素为1/4mol的高熵合金试样A3试样B3采用EVA、松香、石蜡为粘结剂且高熵合金粉末与粘结剂比例为5:1，金属各元素为1/4mol的高熵合金试样A4无采用EVA、松香、石蜡为粘结剂且高熵合金粉末与粘结剂比例为3:1，金属元素Co、Co、Ni为1/8mol，其余元素均为1/4mol的高熵合金试样A5无采用EVA、松香、石蜡为粘结剂且高熵合金粉末与粘结剂比例为5:1，金属元素Co、Co、Ni为1/8mol，其余元素均为1/4mol的高熵合金试样A6试样B6图图3.2XQ-2B金相试样镶嵌机图3.3GQ70B型电热干燥恒温箱图3.4与粘结剂调制好的部分五组元高熵合金、八组元高熵合金4高熵合金烧结工艺研究随着科研人员对高熵合金的不断深入，到目前为止，高熵合金制备的方法还是比较多的，例如制备高熵合金最常用的真空熔炼法（包括真空电弧熔炼发和真空感应熔炼法）、磁控溅射法、机械合金化法、电沉积法等。可见高熵合金既能用传统方法也能用比较先进的方法制备，这样使其应用范围非常大。本文则采用粉末冶金真空烧结法制备高熵合金。完成上述流程后，将调制好的试样放入真空烧结炉CX-1400ZKL（如图4.1所示）内，真空烧结炉部件如图4.2所示。CX-1400ZKL真空烧结炉广泛应用于金属材料在低真空、还原性、保护性气氛下的热处理，也可以拥有特殊材料的热处理，如铝钎焊、铜钎焊等。耐火材料采用氧化铝纤维，保温节能效果良好；外封闭真空罐并带水冷系统；整体结构新颖，操作方便。该炉控温方式采用智能化30段可编程自动控制装置，加热元件为硅碳棒，单铂铑热电阻，最高温度可达1400℃，工作温度最高为1300℃，最高真空度：7*10-3pa试样烧结过程中温度变化曲线图如图4.3所示，变温烧结过程中输入的程序如表4.1所示。真空烧结炉操作流程如下：开机前，先打开水泵，然后检查机械泵阀门、扩散泵阀门、进出气口阀门是否关闭。确定关闭后，打开机械泵、扩散泵电源开关，把机械泵阀门打开。（注意机械泵打开十分钟后才可进行加热操作）打开扩散泵电源开关40分钟后，看真空度是否低于20帕，如果低于20帕，将机械泵阀门关闭。打开扩散泵阀门，看真空度是否有变化，如果真空度往下降，说明扩散泵已经开始工作；反之，关闭扩散泵阀门，打开机械泵阀门，让扩散泵再加热一会儿，一边扩散泵达到可以开启的温度。实验完成后，先关闭机械泵阀门，然后关闭扩散泵阀门及扩散泵电源开关，等扩散泵冷却后再关闭机械泵开关（大约半小时左右），再关闭水泵。完成步骤（4）后，轻轻打开放气阀，等真空表为大气状态以后，再打开炉门，取出试样。图4.1真空炉CX-1400ZKL图4.2真空烧结炉部件介绍图4.3试样烧结过程中温度变化曲线图表4.1变温烧结过程中输入的程序序号数据注释C010起始温度t0145从0—700℃升温45minC02700第一个目标温度值t0215700℃保温15minC03700第二个目标温度值T0345从700—1300℃升温45minC041300第三个目标温度值T04601300℃保温60minC051300第四个目标温度值T0545从1300—700℃降温45minC06700第五个目标温度值t06-121程序运行结束，自然降温烧结出的试样如图4.4.所示：图4.4真空烧结炉烧结出的五组元、八组元高熵合金5高熵合金组织结构研究通过对合金元素的选择，本文成功的制备出了AlCoCrFeNi系五组元高熵合金和AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金。通过对其金相组织的观察来做进一步的研究。5.1制备金相显微试样取样。选择合适的、有代表性的试样，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。镶嵌。采用塑料镶嵌，镶嵌材料采用热塑性塑料（聚氯乙烯），如图5.1所示。磨光。采用粒度为200,400,600及800的四种砂纸，进行磨光。磨光时注意切削压力不宜过大、要均匀且同一方向进行。抛光。采用抛光织物是细绒布、抛光液为抛光粉加水配成的，抛光时间为五分钟左右，直到去除试样磨面上经磨光工序留下的细微划痕，使试样磨面成光亮无痕的镜面。腐蚀。将抛光好的试样采用无水乙醇擦拭一段时间进行浸蚀，之后用棉花擦拭干净，保持表面的清洁。采用三口倒置金相显微镜XJP-6A（如图5.2所示）观察试样的金相组织并拍照记录，显微镜镜片倍数为12.5*40，显微镜的精度一小格表示0.001毫米。图5.1镶嵌好的试样图5.2实验所用金相显微镜XJP-6A5.2高熵合金金相组织展示高熵合金五组元系与八组元系的金相组织对比如表5.1所示。表5.1金相组织对比五组元A八组元B试样A1与试样B110μ10μm10μ10μm试样A2与试样B210μ10μm10μ10μm试样A3与试样B310μ10μm10μ10μm10μ10μm10μ10μm5.3五组元与八组元高熵合金组织结构分析试样的金相显微组织见表5.1，通过各试样的组织对比可分析出，一、由粉末冶金烧结获得的五组元和八组元高熵合金都是多晶型树枝状组织，和熔炼获得的传统金属一致。二、观察高熵合金微观组织示意图可看出，采用EVA、松香、石蜡作为粘结剂的高熵合金的晶粒细小，采用松香和松节油作为粘结剂的高熵合金晶粒尺寸稍大。三、五组元和八组元高熵合金的组织总体比较均匀，在组织中能发现有金属间化合物的析出。四、1/4mol（松香、松节油）五组元高熵合金的析出物呈长条状且分布不均，1/4mol（3:1）（EVA、松香、石蜡）八组元高熵合金中也发现呈长条状的析出物，但数量较少。6高熵合金力学性能研究6.1本文实验力学性能方面成果通过合金元素的选择来提高合金的力学性能，本文成功的制备了AlCoFeCuNi系、AlCrCoFeNiMoTiSi系高熵合金。通过对其硬度等性能进行研究，探讨合金元素对合金性能的影响。本实验采用HVT-1000型维氏硬度计对各个试样进行硬度测试，每个试样上分别打五个点，将其记录后取平均值整理于表6.1中。以AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金1/4mol（3:1ZVA、松香、石蜡）为例，维氏硬度计软件自动生成相应硬度记录，情况如下所示，压痕图像如图6.1所示。测试零件名称(Nameofthehardwareinthetest):测试零件名称测试时间(Testtime):2015-05-2118:59:35试样号(SampleNo.):仪器号(InsturmentNo.):MICRO-586试验力(TestForce):200力保持时间(Durationofforce):10试验次数(TestTimes):5显微镜倍率(MicroscopeMagnification):40压头钢球直径(Presssteelballdiameter):2.5试验值(TestValue):第1次(1times):d1=19.850d2=20.989HV=889.48HB=0.00第2次(2times):d1=20.175d2=21.314HV=861.83HB=0.00第3次(3times):d1=21.151d2=21.639HV=810.22HB=0.00第4次(4times):d1=21.477d2=20.500HV=841.90HB=0.00第5次(5times):d1=21.151d2=20.012HV=875.53HB=0.00平均值(AverageVlaue):855.79极差(Range):79.26最大值(Max.Vlaue):889.48分散度(Disperse):9.26%最小值(Min.Vlaue):810.22图6.1压痕图像表6.1五组元与八组元高熵合金硬度对比元硬元硬HV)试样硬度（HV）试样五组元八组元采用松香、松节油为粘结剂且金属各元素为1/4mol的高熵合金。528.77292.63采用松香、松节油为粘结剂且金属各元素为1/8mol的高熵合金。370.62491.87采用EVA、松香、石蜡为粘结剂，金属各元素为1/4mol的高熵合金。高熵合金粉末与粘结剂比例为3:1515.55855.79高熵合金粉末与粘结剂比例为5:1585.48采用EVA、松香、石蜡为粘结剂且，金属元素Co、Co、Ni为1/8mol，其余元素均为1/4mol的高熵合金。高熵合金粉末与粘结剂比例为3:1400.43623.96高熵合金粉末与粘结剂比例为5:1451.39表6.2五组元与八组元高熵合金密度对比试样项目五组元八组元A1A2A3A4A5A6B1B2B3B6密度(g/cm3)4.354.353.6414.516.1297.3283.223.284.082.213.809--7.2666.7623.513.363.082.51平均值(g/cm3)4.354.353.734.516.707.053.363.323.582.51注①“—”表示真空烧结出的无法计算。采用粉末冶金高温烧结法得到的高熵合金的密度与烧结温度、粘结剂的种类添加数量和高熵合金各组元的相互作用能力有关。综合分析表6.2可知采用EVA、松香、石蜡作粘结剂，Co、Cr、Ni改为取1/8mol时，通过高温烧结得到的五组元高熵合金的密度高，且粘结剂的含量越低，密度越高。6.2五组元与八组元高熵合金的性能分析通过五组元和八组元的硬度对比可知：一、采用EVA、松香、石蜡作为粘结剂的高熵合金的硬度值高。二、高熵合金试样制备过程中添加的粘结剂越少，硬度越高。粘结剂少，高温烧结后残余量少，高熵合金的致密度大，硬度高。三、在高熵合金试样制备过程中加的压力越大，组织越致密，硬度值就越高。用松香、松节油作粘结剂时试样呈膏状，压力一大，试样就会变形，所以试样较疏松，所以烧结件的结构也不紧密，硬度值偏低。用EVA、松香、石蜡做粘结剂，试样加压后，粘结剂融化，把高熵合金粉末紧紧粘在一起并压实，所以硬度高。四、粉末冶金烧结件的硬度值比真空电弧熔炼得到的高熵合金的硬度低。这是因为烧结件里有粘结剂挥发后留下的孔洞，结构不致密。

7结论本文依据多组元高熵合金的成分设计原则，设计了AlCoFeCuNi系五组元与AlCrCoFeNiMoTiSi系八组元高熵合金，并采用真空烧结炉制备出该合金，研究了该多组元高熵合金的结构及性能。本论文的主要研究结果如下所示：粉末冶金烧结获得的高熵合金都是多晶型树枝状组织，与熔炼获得的传统金属一致。五组元和八组元高熵合金的组织总体比较均匀。采用EVA、松香、石蜡作为粘结剂的高熵合金的晶粒要比采用松香和松节油的高熵合金的晶粒细小。采用EVA、松香、石蜡为粘结剂的高熵合金的硬度值比采用松香和松节油的高熵合金的硬度值稍高。高熵合金试样制备过程中添加的粘结剂越小，硬度值越高。高熵合金试样制备过程中加的压力越大，组织越致密，硬度值越高。粉末冶金烧结件的硬度值比真空电弧熔炼得到的高熵合金的硬度值低。对于本次的实验，由于部分实验设备的局限性、实验过程中的规范性和精度不足，使得实验结果有些许偏差。但总体来说，实验的完成度、数据的记录、整理及结果还是令人满意的，高熵合金还是表现出其一定的优越性。通过本实验虽然对多主元高熵合金的组织结构和力学