FeCoNi基伪高熵合金制备及结构和性能表征

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本文针对高熵非晶合金缺少工程上实用价值的问题,通过重新设计合金成分,制备了基于后过渡族金属元素(Later-Transition-Metals,LTM,本文指Fe,Co,Ni)的伪高熵合金体系(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125)100-xBx和(Fe0.33Co0.33Ni0.33)84-xCr8Mn8Bx,目的是希望开发出一系列有着良好性能和实用价值的合金材料。研究发现(Fe0.25Co0.25Ni0.25Cr0.125Mn0.125)100-x00-x Bx(x=9-13 at%)(下文用xB代指不同硼元素含量的合金)合金带为完全非晶相(通过真空甩带法制备),并且具备较好的软磁性能和机械性能。通过与已有的数据比较,发现Mn元素的添加提高了伪高熵合金在低硼(B)含量的非晶形成能力(GFA)。通过加热诱导结晶发现,9B-10B非晶合金的结晶过程为:[am]→[am′+bcc+fcc]→[fcc],11B-13B非晶合金的结晶过程为:[am]→[am′+bcc+fcc]→[bcc+fcc+硼化物]→[fcc+硼化物],并且析出相为纳米晶。9B-10B合金带的维氏硬度值在初生非晶相下约为650,在[am′+bcc+fcc]混合相下最高,为1000-1050,过渡到fcc相时降低至675-750。对9B-11B非晶合金带测试,得到其矫顽力(Hc)为2.5-7.0A/m,初始磁导率(μi)为4910-15830,饱和磁通量密度(Bs)为0.40-0.48 T,有着良好的软磁性能。9B-11B通过喷铸法制备的直径2 mm合金棒,相组成为[bcc+fcc+硼化物],随着B含量提高,合金棒的平均硬度增大,抗压强度从1520MPa增加到1705 MPa,塑性应变都超过25%。减少Cr和Mn的含量后,(Fe0.33Co0.33Ni0.33)84-xCr8Mn8Bx(x=11-18 at%)合金带也形成了完全的非晶相,并且11B-15B合金带具有良好的韧性。合金初始析出相随着B元素增多,趋于析出更稳定的fcc相。11B-15B合金带的初始非晶相硬度为672-760 Hv,析出[am″+bcc+fcc+M23B6]混合相时,得到了最大的硬度值998-1080 Hv,最后析出相变为[fcc+M23B6]时,硬度为655-804 Hv。这两个伪高熵非晶合金体系在40 K/min的连续升温DSC曲线中都发现了吸热峰的存在,吸热峰出现在结晶过程的最后。通过XRD和TEM等表征手段发现,吸热峰对应着[fcc+bcc→fcc]的吸热反应,这可能是过去五十多年非晶合金研究中的首次发现。通过两个合金体系结晶过程的研究,提出吸热-放热峰在DSC曲线重叠的猜想。论文有图59幅,表6个,参考文献103篇
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