CoCrFeNiMnZr_x系高熵合金的组织及性能研究

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1、国内图书分类号：TG386.3密级：公开国际图书分类号：621.7西南交通大学研究生学位论文CoCrFeNiMnZrx系高熵合金的组织及性能研究年级：2015级姓名：张雷申请学位级别：工程硕士专业：材料工程指导教师：葛昌纯教授徐轶副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TG386.3U.D.C:621.7SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyonmicrostructureandperformanceofCoCrFeNiMnZrx

2、HighEntropyAlloysGrade:2015Candidate:ZhangLeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialEngineeringSupervisor:GeChangchun,XuYiMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本

3、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学学位论文主要工作(贡献)声明本学位论文的主要工作或贡献如下：(1)利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统计算了CoCrFeNiMnZr系高熵合金中可能生成的金属间化合物以及它们的性质，如：几何优化后的结构性质、结合能、生成焓、弹性性质以及电子

4、能带结构。(2)采用气雾化快速凝固技术制备了等摩尔比的CoCrFeNiMn合金粉末，研究了不同粒径下粉末微观组织。(3)利用机械合金化技术制备CoCrFeNiMnZrx（x=0、0.2、0.5、0.8和1.0)六元高熵合金粉末，探究不同球磨时间对粉末的相组成、微观形貌和结构的影响，以及Zr含量变化对机械合金化粉末的相组成、微观形貌及结构的影响。(4)运用放电等离子烧结技术制备不同Zr含量的高熵合金块体，分析讨论不同成分的高熵合金的密度、硬度、压缩性能和磁学性能，通过OM、XRD、SEM和EDS等分析手段

5、，研究合金的断裂机制。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要高熵合金的设计想法自20世纪末提出以来，受到国内外材料工作者的广泛关注。这种合金的设计理念跳出了传统合金包含一种到两种主元设计模式的桎梏，有五种或五种以上主元，

6、并且每种主元的摩尔百分数在5%到35%之间。这种新型合金理念的提出，拓宽了金属材料的设计和研究领域，并且可以通过设计和优化合金中主元的构成，获得兼具高强度、高硬度、优异的耐摩擦磨损性能、较高的热稳定性以及良好的耐腐蚀性能等多种优异性能的高熵合金。本文在高熵合金CoCrFeNiMn的基础上，通过改变其成分组成，在合金中加入元素Zr，因为Zr元素与其他主元相比具有较大的原子半径和较负的电负性，可以通过较高的固溶强化效应提高合金室温下的强度。首先利用基于密度泛函理论的第一性原理的CASTEP软件包计算了Co、

7、Cr、Fe、Ni、Mn和Zr六种元素两两结合可能生成的金属间化合物的结构性质、生成焓、结合能、弹性性质以及电子能带结构。通过计算得到合金中可能存在的金属间化合物的性能，以期对实验过程有引导作用，并用实验反验证计算方法的可行性。将五种金属单质Co、Cr、Fe、Ni、Mn等原子比例混合，用气雾化快速凝固技术制备CoCrFeNiMn高熵合金雾化粉末，接着采用机械合金化和放电等离子技术制备CoCrFeNiMnZrx（x=0w，0，0.2，0.5，0.8和1.0，其中0w表示不含Zr且未进行机械球磨，文中用Zr0

8、w、Zr0、Zr0.2、Zr0.5、Zr0.8和Zr1.0表示不同Zr含量的CoCrFeNiMnZrx合金）高熵合金块材，运用光镜、X射线衍射仪、扫描电镜以及能谱等分析方法分别研究了不同Zr含量对CoCrFeNiMn高熵合金组织的影响，并对合金的维氏硬度、压缩试验、压缩断口和磁学性能进行了分析。生成焓和结合能计算结果表明：Co1Zr1,Co2Zr1,Fe2Zr1和Fe23Zr6相可能在高熵合金制备过程中生成，并且所得结果与我们设计并制造的C