【摘 要】
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高熵合金（High entropy alloy）是近几年发展起来的新型金属材料,具有与传统合金不同的组织性能。高熵合金中扩散行为存在迟滞效应,这使得高熵合金具有优异热稳定性以及高温抗氧化性,高熵合金中的纳米相以及非晶相的形成也与此效应密切相关。材料的扩散行为与其铸造、相变以及回复再结晶等现象相关。关于高熵合金扩散行为的研究还比较少,人们对其机理还没有很好的认识,缺乏必要的数据积累,因此研究高熵合金
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高熵合金（High entropy alloy）是近几年发展起来的新型金属材料,具有与传统合金不同的组织性能。高熵合金中扩散行为存在迟滞效应,这使得高熵合金具有优异热稳定性以及高温抗氧化性,高熵合金中的纳米相以及非晶相的形成也与此效应密切相关。材料的扩散行为与其铸造、相变以及回复再结晶等现象相关。关于高熵合金扩散行为的研究还比较少,人们对其机理还没有很好的认识,缺乏必要的数据积累,因此研究高熵合金的扩散行为有着重要意义。本文采用非自耗真空电弧熔炼炉制备Al6.97Co23.26Cr23.26Fe23.26Ni23.26高熵合金（HEA1）和 Al6.97Co31.26Cr23.26Fe15.26Ni23.26高熵合金（HEA2）,并通过夹具法制成准二元 Fe-Co 扩散偶,较为系统地研究了温度、时间等因素对高熵合金中Co、Fe元素的扩散行为的影响。利用纯Al和Al6.97Co23.26Cr23.26Fe23.26Ni23.26高熵合金制成扩散偶,研究了不同温度对扩散反应层的影响。利用固体渗碳的方法对C原子在高熵合金中扩散行为进行探究。随后通过扫描电子显微镜对试验样品的纵截面微观组织进行表征,利用电子探针对其扩散微区成分进行表征,并通过计算分析得到如下结论:（1）计算了 Fe和Co元素的扩散系数,对比后发现在AlCoCrFeNi系高熵合金中,Fe元素在相同的温度下扩散速度总是高于Co元素,并且随着温度的升高,两者扩散速度差值增大。在传统的金属和合金中,Fe和Co的扩散系数总是高于AlCoCrFeNi系高熵合金中的扩散系数,由此发现两个元素在高熵合金中的扩散的确比较缓慢。（2）在扩散温度低时,AlCoCrFeNi系高熵合金中有一些金属间化合物会沿晶界析出。通过计算得出高温（1273～1373 K）扩散和低温（1123～1248 K）扩散时的激活能大小,对比后发现两个温度段的扩散激活能并不相同。不同的温度下,高熵合金内的扩散机制存在差异,在低温扩散时,扩散路径以晶界扩散为主,晶内扩散为辅;在高温扩散时,扩散主要是通过晶内扩散完成的。（3）Al-HEA1扩散偶在扩散的过程中存在柯肯达尔效应,且随着温度的升高,该效应越显著,最终导致扩散裂纹的产生;Al与HEA1扩散的过程中,出现了扩散反应层,不同的元素在扩散反应层有不同的偏聚现象,Fe和Cr元素在HEA1侧出现偏聚,Ni元素在纯Al侧出现了偏聚现象。通过计算得到不同温度下Al元素在扩散反应层的平均扩散系数,拟合后得到Al元素的扩散激活能为60.02 kJ/mol。（4）固体渗碳处理后的高熵合金表面,由于氧化还原反应出现了由Al和Cr元素的氧化物组成的氧化层。C元素一部分融入基体,一部分以Cr的碳化物析出。碳化物主要分布于基体的渗碳层和晶界处,随着扩散时间的增加,渗碳层处的碳化物尺寸增加,晶界处的碳化物数量增加并抑制了 NiAl相的产生。
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