含Ti高熵合金的结构与性能研究

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1、含Ti高熵合金的结构与性能研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：韩志东指导教师：姚可夫教授二○一七年十一月ResearchontheStructuresandPropertiesofTi-containingHighEntropyAlloysDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMaterialsSciencea

2、ndEngineeringbyHanZhidongDissertationSupervisor:ProfessorYaoKefuNovember,2017摘要摘要高熵合金因具有高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及鸡尾酒效应等特点，使其具有不同于传统单组元合金材料的结构与性能。有望用作高强度结构材料、耐腐蚀结构材料、高温合金和低温结构材料等，近年来受到研究人员的高度关注。本文研究了Ti元素添加对NbMoTaWTix、AlCrFeNiMo0.5Tix和Al0.5CrFeNiTix高熵合金相结构、组织结构、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律。

3、采用Ti元素合金化的方法成功提高了NbMoTaW合金的室温强度和塑性，开发出具有良好室温性能和高温强度的NbMoTaWTix（x=0，0.25，0.5，0.75和1）高熵合金，其中NbMoTaWTi合金在室温时具有1455MPa的屈服强度和11.5%的压缩塑性，在1200˚C时屈服强度高达586MPa。该合金在1400˚C时仍保持组织和相结构稳定性。发现单相难熔高熵合金的塑性变形量与合金的混合焓和价电子浓度有关，提出了单相难熔高熵合金具有塑性的判据：VEC<5.4，ΔH>−13.5kJ/mol。为高性能的单相难熔高熵合金成分设计提供了新

4、依据。开发出具有较高室温和高温强度及优异耐腐蚀性能的AlCrFeNiMo0.5Tix（x=0，0.25，0.4，0.5，0.6和0.75）高熵合金，其强度和耐腐蚀性能均随Ti含量增加而提高，但塑性随Ti含量增加而降低。其中AlCrFeNiMo0.5Ti0.5高熵合金的室温屈服强度为2229MPa，压缩塑性变形量10%，并且在800˚C时仍具有高达1120MPa的屈服强度。开发出具有良好室温力学性能，同时具有较好耐腐蚀性能的Al0.5CrFeNiTix（x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5和0.6）高熵合金，且Al0.5CrFe

5、NiTix合金的强度和耐腐蚀性能随着Ti含量增加而增加。其中Al0.5CrFeNiTi0.4合金室温时具有2324MPa的屈服强度和21.9%的压缩塑性。关键词：高熵合金；固溶强化；相结构；力学性能；耐腐蚀性能IAbstractAbstractDuetoacombinationofhighentropy,latticedistortion,sluggishdiffusionandCocktaileffects,highentropyalloys(HEAs)possessuniquestructuresandpropertiesdisti

6、nctfromtraditionalalloysthathaveonemajorelement.HEAsholdpromisesforavarietyofapplications,suchashighstrengthalloys,corrosionresistantalloys,hightemperaturealloysandlowtemperaturestructuralalloys.Therefore,theyhaveattractedmoreandmoreattentioninrecentyears.Inpresentwork,t

7、heeffectofTiadditiononthemicrostructure,mechanicalpropertiesandcorrosionpropertiesofNbMoTaWTix,AlCrFeNiMo0.5TixandAl0.5CrFeNiTixHEAshasbeenstudied.NbMoTaWTix(x=0,0.25,0.5,0.75and1)HEAshavebeendevelopedbasedonaNb-Mo-Ta-Walloysystem.Theroomtemperaturestrengthandductilityof

8、theNbMoTaWTixHEAsareimprovedbyTialloying.AmongtheNbMoTaWTixHEAs,NbMoTaWTialloyexhibitsayieldstrengthof1