原位自生高熵合金基复合材料组织及性能的研究

论文摘要

在本文中,利用非自耗真空熔炼炉与感应熔炼相结合,通过自蔓延方法（SHS）制备了不同合金元素等摩尔比的原位自生的高熵合金基复合材料,采用XRD、SEM、TEM对复合材料的显微组织进行了研究,采用SEM观察了压缩断口,揭示了复合材料的断裂机制;采用室温压缩和硬度试验等方法研究复合材料的力学性能;在无润滑情况下,对复合材料的耐磨损性能进行了测试,对其磨损机制进行了探讨。XRD结果表明体系中均反应生成TiC或TiB2增强的复合材料。研究发现:在本文所研究的FeCrCoNiCuTi系高熵合金复合材料都形成简单的FCC、Laves相和TiC/ TiB2。FeCoNiCuAl系复合材料都由BCC、FCC相和增强相组成,并未形成结构复杂的其他相。高熵合金复合材料的维氏硬度在275HV746HV之间,压缩强度在1663 MPa2060 MPa之间。在本文研究的高熵合金及复合材料中,FeCrCoNiCuTi-TiC的力学性能最好,其硬度值最大（746HV）,压缩强度也最大（2038MPa）。这是由于适量的Laves相的析出有助于提高合金的强度和硬度。与基体合金相比较,高熵合金基复合材料的压缩屈服强度与抗压强度大幅提高。增强体的承载、基体显微组织中的第二相形成,是复合材料的主要强化因素。含有Laves相的复合材料合金在压缩过程中几乎不经过塑性变形而直接以脆性解理断裂方式断裂的,其余几组合金均经少量塑性变形后断裂。原位高熵合金基复合材料具有比基体合金远为优异的耐磨损性能,在所选择的几组材料中,FeCrCoNiCuTi-TiC耐磨损性能最好。复合材料的可能发生的磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损与剥层磨损。随着滑移距离的增加,磨损量随着增加;且随着载荷的加大,粘着磨损变得严重。增强体对周围基体的保护作用是复合材料具有良好耐磨损性能的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 高熵理论的依据
• 1.3 高熵合金的组织与性能特点
• 1.3.1 高熵合金的组织
• 1.3.2 高熵合金的性能特点
• 1.4 原位金属基复合材料
• 1.4.1 原位复合材料及其优点
• 1.4.2 常见原位金属基复合材料的制备方法
• 1.4.3 金属基复合材料力学性能概述
• 1.5 选题的意义及本文主要研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 原位高熵合金基复合材料的制备及研究方法
• 2.1 实验流程与原材料的选择
• 2.1.1 增强相的选择
• 2.1.2 基体的选择
• 2.2 复合材料制备工艺
• 2.2.1 预制块的制备
• 2.2.2 复合材料的制备
• 2.3 相分析与显微组织分析
• 2.3.1 金相照片拍摄
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）
• 2.3.3 显微组织分析（SEM）
• 2.4 性能测试方法
• 2.4.1 维氏硬度测定
• 2.4.2 室温压缩实验
• 2.4.3 摩擦磨损实验
• 第3章 原位高熵复合材料制备过程分析
• 3.1 引言
• 3.2 高熵合金复合材料的微观组织
• 3.2.1 预制块的相分析
• 3.2.2 复合材料的显微组织及相分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 原位高熵复合材料的性能
• 4.1 高熵合金基复合材料的硬度
• 4.2 高熵合金复合材料的压缩性能
• 4.3 高熵合金复合材料的压缩断口
• 4.4 高熵合金复合材料的摩擦磨损性能
• 4.4.1 磨损量
• 4.4.2 磨损表面形貌
• 4.4.3 高熵合金基复合的磨损特性
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢