(2)耐热性 当温度很高时,高熵效应会显得愈加显著。其导致了高熵合金拥有非常好的耐热性。高熵合金另一大特点是:不仅有简单的微观结构而且容易
(2)耐热性 当温度很高时,高熵效应会显得愈加显著。其导致了高熵合金拥有非常好的耐热性。高熵合金另一大特点是:不仅有简单的微观结构而且容易于析出纳米相结构甚至构成非晶态结构,这些都可以增加合金的许多力学、物理和电化学性能。然而大块非晶合金和传统合金想要析出同样的纳米结构相则需要经过特殊的热处理[8]。不仅如此,高熵合金在抗氧化性和高耐磨抗性方面的表现也十分优异。含有Al或者Cr元素高熵合金甚至具有高达1100℃的抗氧化性能[9]。
(3)耐蚀性 高熵合金的耐腐蚀性能有主要是因为高熵合金的一些组成元素容易形成组成致密的氧化膜,有些含有Cu、Ti、Cr、Ni、Co等元素的高熵合金的耐蚀性明显强于传统不锈钢[9]。从其微观结构来说,高熵合金结构较为简单,同时自由焓较低,高熵合金组成元素原子半径差距较小,各组元随即处于晶粒的不同位置,其耐蚀性能较好的得到体现。类似本文中将要研究的CoCrFeNiCuTi合金,其组织中有鱼骨状枝晶出现,在由FCC相组成的枝晶间易出现各种简单无序组织而非复杂的金属间化合物,这些组织使得耐蚀性远高于未进行特殊设计的工程材料。已知范围内的传统合金不能在熔铸后同时具备高硬度高强度耐热性和耐腐蚀性这些特性,因而高熵合金具有更好的性能优势。
(4)电磁性 合金表现出来超顺磁性,其可归因于嵌入在微粒中的纳米颗粒组件的外观,由于Ti添加量的增加,光照相。 而且,用Ti添加的TB的折痕可能是一种开发新的超顺磁材料的方法。
综合以上高熵合金的性能特点,可以发现影响高熵合金组织于性能的关键在于其四种特殊的效应:
(1)高熵效应 高熵效应对合金的主要影响在于极高的混合熵能极大的降低合金围观组织中的自由能[10],使其获得高的热力学稳定性与较高的硬度与强度。同时高的混合熵能有效抑制金属间化合物等复杂有序相的形成,使其微观结构倾向与形成面心立方或体心立方等单一且简单的相。
(2)缓慢扩散效应 高熵合金独特的组成元素的配比使得在合金中无法区分溶剂或溶质,各组元随机分布在晶体的不同位置,使得元素在合金中的扩散受到很大阻碍,导致对高熵合金的时效处理需要在较高的温度下进行,以保证时效强化的效率。
(3)晶格畸变效应 一般认为,在这种固溶体中各元素的原子随机占据晶体的点阵位置,每个原子周围都围绕着其它种类的原子。所有原子既可以看作是溶质原子也可以看作是溶剂原子,而且各类原子的尺寸不同,性质各异,这就会使固溶体产生严重的晶格畸变,使得原子偏离平衡位置,引起势能增加,体系的自由能升高,相当于处于亚稳态,从而对晶体的一系列物理和化学性质产生影响[11]。合金中严重的晶格畸变使得合金的内部有着很高的应力,阻碍位错、滑移等运动,一定程度上提高了合金的的硬度强度。
(4)鸡尾酒效应 这一种效应主要来自于组成元素间的相互作用,使得高熵合金不仅仅体现出各个组元独有的性质,也会产生一些独特的自混合元素之外的特殊性能
1.5 多主元高熵合金的制备方法
高熵合金现在的制备方法大致有一下五种:真空熔炼,粉末冶金,机械合金化,激光熔覆,电化学沉积。能够选用适当的制备方法用以满足不同研究目的的要求。
(1)真空熔炼法 与真空感应熔炼有所不同。真空电弧熔炼的热源是电极和坩埚两极间因为电弧放电而产生的的高温,真空感应熔炼的热源是由电磁感应原理产生的。两种方式都是将按比例配好的原料放入坩埚中,在对反应炉抽真空后充入保护气体,目的是为了防止样品被氧化。最后将完全融化的合金倒入水冷铜模中。等到完全凝固后取出。第一次使用真空电弧熔炼法制备高熵合金的是台湾学者[12]。真空电弧熔点也因为其熔炼温度高,能够去除易挥发的气体和杂质等优点而被广泛应用。同时也是目前研究高熵合金的学者最常用的方法。高熵合金的制备中基本都会用到一种以上高熔点的合金元素,真空感应熔炼虽然可以一次熔炼很多种不同的合金但是其在无法熔炼高熔点合金的缺点导致不是制备高熵合金的常用方法。