高熵合金是由5種或5種以上元素組成的合金,其中每種元素的原子分數至少大于5%,但不超過35%,這突破了以一種或兩種金屬元素為主的傳統合金設計理念。傳統合金發展的普遍經驗認為,合金的組元數越多,形成復雜相金屬間化合物的傾向越大,大量金屬間化合物和復雜相的形成會導致合金性能的惡化,并使得合金的組織分析變得更加困難,由此不利于合金多主元的發展。
目前的研究表明,高熵合金的多主元混合產生高熵效應,使得高熵合金形成簡單結構的固溶體相,抑制了金屬間化合物和復雜相的形成。高熵合金具有極高的硬度、高強度、耐高溫氧化和耐磨性等優于傳統合金的性能,這使其具有較大的發展前景,引起了很多學者的關注。鑒于此,本文研究了元素Ti對AlCoCrNiSix系列高熵合金微觀組織結構與力學性能的影響。
原料采用純度大于99.9%的純金屬Al、Co、Cr、Ni、Si、Ti,按照摩爾比的方式進行配料,制備AlCoCrNiSiTix高熵合金。采用WS-4型非自耗真空熔煉爐熔煉合金,坩堝采用水冷銅坩堝,通入Ar氣保護氣體,防止在熔煉過程中的氧化、燒損,原材料按照熔點由低到高先后放入坩堝,熔煉試樣4次以上,保證各元素混合均勻。
AlCoCrNiSiTix高熵合金鑄態情況下,主要以bcc1(AlNi)+bcc2(CrSi)兩相組成,Ti元素的添加,使合金中形成了少量金屬間化合物Ni3Ti。AlCoCrNiSiTix高熵合金鑄態組織形態呈樹枝晶,Ti元素有促進合金在凝固過程中以樹枝晶的方式生長。Ti元素使AlCoCrNiSiTix高熵合金顯微硬度顯著提高,其硬度最高可達1041HV。