1、本科毕业论文（20 届）八组元高熵合金的熔炼工艺及力学性能研究所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：王朋力 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 八组元高熵合金熔炼工艺及力学性能研究 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，了解高熵合金的概念、制造方法及工艺、性能特点及应用；了解金属材料熔炼的基本方法及工艺，了解金属材料组织和力学性能的检测方法，为学生在毕业后从事材料成型技术工作打好基础。2主要任务（1）查阅 20 篇以上的科技文献。（
2、2）制定八组元高熵合金熔炼的实验方案并完成实验。（3）完成八组元高熵合金力学性能检测。（4）通过实验结果分析八组元高熵合金的熔炼工艺参数及力学性能特点。（5）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。（6）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。3主要参考资料1郭卫凡.多主元高熵合金的研究进展J金属功能材料，2009，16（1）：49-53. 2高家诚，李锐.高熵合金研究的新进展J.功能材料，2008，39（7）：1059-1061. 3张力.高熵合金的制备及组织与性能D.吉林大学,2008:11-56.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，完成开题报告 12 月 1 日12 月
3、 31 日2 阅读相关文献，制定实验方案 1 月 1 日3 月 10 日3 完成八组元高熵合金的熔炼，完成中期检查 3 月 11 日4 月 30 日4 完成力学性能测定及实验结果分析 5 月 1 日5 月 15 日5 撰写毕业论文，准备答辩 5 月 16 日6 月 10 日审核人： 年 月 日八组元高熵合金的熔炼工艺及力学性能研究摘 要：多主元高熵合金是近年来提出的一种新型合金材料，它的最大特点是突破了传统合金只以一种或两种金属为主体元素的金属材料，从而发展出一种新型的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主体元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法设计而成的具有金属性能的材料。高熵合
4、金从提出到现在，凭借其特殊的组织结构，以及极好的金属性能引起巨大的关注。本论文选取AI、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si八种常用的金属元素，通过改变Mo、Ti、Si的摩尔含量研究该系列合金的力学性能及其变化规律。采用真空烧结炉烧结合金，再对烧结而来的八组元高熵合金的硬度与密度进行测试研究。研究发现：此八种元素熔炼生成的的高熵合金其硬度明显高于普通的硬质合金，此外高熵合金的强度、耐磨性、耐回火软化等性能特征均高于其他类合金及纯金属。高熵合金的这种特性与其内部的组织有很大联系。AlCrCoFeNiMoTixSiy高熵合金的耐磨性能也远优越于普通的合金，将其作为工具表面的涂层可曾加工具的使用
5、寿命。AlCrCoFeNiMoTixSiy 高熵合金具有高强度、高硬度、耐回火软化、耐磨等性能特性。所以，高熵合金的研究制备可以最大程度的满足现代工业生产的要求，其在未来科技发展中的材料应用上前景十分广阔。关键词：高熵合金，熔炼工艺，力学性能High entropy alloy smelting process and mechanical properties of the researchAbstract：rise of a new type of alloy material, it is the biggest characteristic of break through the t
6、raditional alloy with only one or two metal elements as the main body of metal materials, to develop a new type of alloy. Many principal high entropy alloys is five or more than five main elements according to the mole ratio or nearly mole ratio through melting, sintering or other methods, such as d
7、esign has the properties of metal materials. High entropy alloys from proposed to the present, because of its special structure, performance and excellent metal caused great attention.This paper takes the AI, Cr, Co, Fe, Ni, Mo, Ti, Si eight kinds of commonly used metal elements, by changing the mol
8、ar content of Mo, Ti, Si studied the mechanical properties of the alloy series and its change rule. By vacuum sintering furnace for sintering alloy, and the sintering of eight group yuan high entropy alloys tested the hardness and density of research.Research found that the eight elements smelting g
9、enerated high entropy alloys its hardness is obvious higher than that of common cemented carbide, besides high entropy alloys properties such as strength, abrasion resistance, resistance to tempering softening characteristics were higher than other kinds of alloy and pure metal. The characteristics
10、of high entropy alloys and their internal organization has a great connection. AlCrCoFeNiMoTixSiy high entropy alloys wear-resisting performance is far superior to the ordinary alloy, also use it as a coating on the surface of the tool ever processed with life.AlCrCoFeNiMoTixSiy high entropy alloys
11、with high strength, high hardness, temper softening resistance, abrasion resistance and other performance characteristics. So, the research of high entropy alloys preparation can meet the requirements of modern industrial production to a great extent, the development of science and technology in the
12、 future promising prospects on application of materials.Keywords: High entropy alloys, melting process, mechanical propertiesI目 录1 前言 .11.1 高熵合金的定义 .11.2 研究高熵合金的目的及意义 .11.3 研究的主要内容 .32 高熵合金的熔炼 .52.1 真空电弧炉的组成与原理 .52.2 真空电弧炉结构特点 .52.2.1 工业冷水机组的冷却原理 .52.2.2 HM630 逆变式直流手工弧焊机的介绍 .62.2.3 2XY 型直连旋片式真空泵 .72
13、.2.4 分子泵 .82.3 真空电弧炉的操作规程及注意事项 .92.4 试验方法 .102.4.1 实验方案设计及规划 .102.5 合金制备 .112.6 真空熔炼八组元高熵合的显微组织 .132.7 八组元高熵合金硬度 .133 高熵合金烧结试样的制备 .153.1 配制高熵合金粉末试样 .153.2 粘结剂的配制 .153.2.1 粘结剂为松香和松节油混合物 .153.2.2 粘结剂为热熔粉（EVA）、松香和石蜡混合物 .153.3 高熵合金试样的制备 .154 高熵合金烧结工艺研究 .164.1 真空烧结炉的简介 .164.2 烧结实验的操作步骤 .164.3 真空烧结炉的程序编制及
14、工艺曲线 .175 高熵合金组织结构研究 .18II5.1 高熵合金（一）的显微组织 .185.2 高熵合金（二）的显微组织 .185.3 高熵合金的微观组织特点 .196 高熵合金力学性能研究 .206.1 硬度测量实验仪器介绍 .206.1.1 维氏硬度计简介 .206.1.2 维氏硬度计实验原理 .206.2 硬度实验数据内容 .206.2.1 高熵合金（一）的硬度分析 .206.2.2 高熵合金（二）的硬度分析 .226.2.3 实验结果整理分析 .236.3 密度的计算 .246.3.1 计算密度的方法 .246.3.2 密度 .247 总结 .26参考文献 .27致 谢 .28太原
15、工业学院毕业设计1 11 前言1.1 高熵合金的定义多主元高熵合金是近年来提出的一种新型合金材料，由我国台湾学者叶均蔚提出的一种新的合金设计理念。即是由五种或五种以上的金属元素以不同的摩尔比经熔炼烧结或其他方法得来的具有金属特性的新型合金。其各种元素原子百分比不超过 35%且不低于 5%。1.2 研究高熵合金的目的及意义高熵合金从提出到现在，凭借其特殊的组织结构，以及极好的金属性能引起巨大的关注。在这个科学技术是第一生产力的时代，材料、信息、能源被称为现代科学技术的三大支柱，而新型材料又是一切技术发展的物质基础。所有新的科学技术成就，都要仰赖于各种相对应的新型材料，而新型材料中金属合金材料是其
16、很重要的一个部分，例如航空、航天工业所需的高温合金，核工业的核燃料、核反应堆材料，现代信息技术使用的硅、锗等半导体材料、新型磁性材料等。由于这些新技术的发展都是建立在新型材料基础上的，因此又推动研制新的材料品种和发展新的冶金生产熔炼工艺。由此可见，金属材料的开发设计和研究是科学技术发展的一个基本。据统计传统合金系统大概已有30种左右，其在各种性能上已经达到相当高的水平，但随着科学技术的发展，它们已然在许多方面无法满足设计生产的要求，所以现代社会中，有越来越多的探索者努力欲寻求突破，开发设计并研究出了更多的新型材料。如高熵合金、介金属材料、金属基复合材料、金属玻璃和无铅焊锡等。介金属材料主要为：
17、Ni3A1、TiA1、Fe3Al等。这些金属材料具有高强度、高刚性以及抗氧化性能，但是它的延性和韧性都极差，不能满足更高的设计要求，因此开发研究了多年，但没能有更大的突破进展，仅仅只有极少的用在特殊的方面；金属基复合材料是以Al、Ti、Ni为基础材料，氧化物及碳化物为强化与之复合而成的新型金属材料。此种金属材料虽然具有高刚性、耐温性和耐磨性的优异点，但另一方面也有极为突出的缺点，比如它的强化相难以均匀分布、含孔洞、低韧性，使用可太原工业学院毕业设计2 2靠度也相对比较低，没有得到广泛的使用，因此未能取代钛合金及其他结构材料；金属玻璃和无铅焊锡也由于存在与上面那些新型材料相似的，这样或那样的不足
18、之处，之应用与很小的范围，未能大量用于现代科学技术的发展中。多年以来，我们一直都是在相对传统合金观念下配制熔炼合金、设计研究其性能、观察研究其微观组织结构性能以及未来的开发应用，无形中就局限了合金在现代科学技术中发展的自由度及空间。思考造成这种状况原因，主要是由于在传统合金研究设计熔炼观念下，虽然尝试添加少量合金元素来增强和改善材料性能，并得到的一定的应用，但如果所得合金中元素成分太多，会产生额外的复杂相和金属间化合物，导致得来的合金性能不理想；也给合金材料的组织、成分分析以及材料的性能控制带来极大的困难。在此类合金观念的约束下，金属合金材料的在现代科技社会发展中似乎很难得到更大的利用范围，合
19、金设计研究能够做出的突破利用价值越来越少，因此与现在飞速发展的科学技术越来越不适合。因此突破原有的传统合金观念，打破现在合金面临的境遇，成为了现在新型金属材料设计研究的新目标。在不久以前，在新型金属材料领域中，由众多科学家和学者研究并取得了一些很大的突破，就是多元素大块非晶合金、多功能的超弹塑性合金以及纳米结构的高熵合金的制备。高熵合金是由中国台湾国立清华大学以叶均蔚为首的学者们，通过多元素大块非晶合金的研究，首先突破了传统合金材料的观念，在1996年时提出一种新的合金材料设计理念，即：高熵合金。高熵合金至此出现在了世人的面前。作为三种新型材料之中最后提出来的高熵合金，高熵合金的设计研究目前可
20、以说是一块尚未被触及的全新领域。但毋庸置疑的是，高熵合金的研究是一个极具学术研究价值及符合工业发展潜力的高新科技，通过这个领域的研究，可研究开发出大量具有实用价值和含有大量较高的科学技术含量的新型金属材料。经过多年的试验研究表明，高熵合金的研究制备，不仅可以使用传统金属的制备工艺外，还与其它的制备工艺，比如利用速凝法、机械合金化来制备。通过这几种制备方法所得到的高熵合金，观察其微观组织结构更符合于内部形成了纳米晶颗粒或是非晶结构。与传统合金相比，高熵合金在以下金属特性中拥有比传统合金更好的性能：(1)硬度高、具有良好的韧性；(2)具有较好的耐磨性及耐腐蚀性；(3)很好的回火抗性和耐温性；太原工
21、业学院毕业设计3 3(4)具有较好的加工硬化性。高熵合金由于有上述的各种优点，因此，高熵合金完全可以成为新型材料领域中多种其他传统合金材料的替代品，并发挥出自身更大性能优势。虽然高熵合金的各种金属性能相比传统合金具有很大的优越性，但高熵合金组成金属元素多，其微观组织和性能机理仍然需要进一步研究。做好这些方面的研究工作，对于研究设计和开发新型高熵合金材料，促进新型高熵合金材料在现代工业上的应用，无论是在科学技术水平上，还是在经济价值和社会价值上，都具有非常重要的意义。1.3 研究的主要内容高熵合金的研究现在还处于初级阶段，无论是从理论上，还是从具体实验的设置及结果上，所出的成果还是很少。人们对高
22、熵合金的合金化过程机理及其中涉及到的诸多科学问题，基本上还没有很好的认识和解释。对于怎样选择合金的元素种类，也没有科学的依据可循。此外，对高熵合金凝固后的微观组织结构、相的成分与合金的机械性能、物理性能和化学性能之间的关系，也还没有找到其间的规律性。因此有待于开展这方面的研究工作，探索其组织和性能的形成机理及其影响规律。经过对高熵合金的试验研究显示，由多种主体元素组成的高熵合金，会产生一种特殊的现象，即高熵效应。高熵效应使合金内部形成简单体心或简单面心结构的固溶体相。主要元素的增多使合金产生高熵效应，晶体结构倾向于形成具有体心立方或面心立方等简单晶体，同时还有可能部分晶间化合物生成，甚至可能在
23、铸态就会析出纳米晶，从而对高熵合金的金属性能起到强化效果，使高熵合金的金属性能比传统合金具有更大优势。目前人们制备高熵合金的方法有：粉末冶金法、真空熔铸法、真空烧结法。本课题研究主要内容是八组元高熵合金的熔炼工艺及力学性能。通过改变Mo、Ti、Si 三种元素摩尔含量，以及粘接剂的不同，研究对 AlCrCoFeNiMoTiSi 八组元高熵合金的力学性能以及金相组织结构所产生的影响。选取原材料Al、Cr、Co 、Fe、Ni、Mo、Ti、Si，按摩尔比为 1:1:1:1:1:1/4:1/4:1/4 和1:1:1:1:1:1/8:1/8:1/8 配制合金，以及粘结剂为松香、松节油混合物和粘结剂为热熔粉（ZVA ）、松香、石蜡的混合物作对比试验。采用真空烧结炉烧结
