1、I本科毕业论文（20 届）低碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成日期II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： 年 月 日III毕业设计任务书设计题目： 低碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究 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；了解金属涂层的制备方法及工艺，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、完成高熵合金涂层的成分配比及制备工艺，低碳钢表面高熵合金涂层的制备。（3）低碳钢表面高熵合金涂层的显微组织观察。低碳钢表面高熵合金涂层的硬度、耐磨性等力学性能测定。（4）通过上述实验取得低碳钢表面高熵合金涂层的工艺参数、获得显微组织照片及力学性能的实验数据。（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
3、:11-56.4进度安排设计（论文）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 31 日2 阅读相关文献，制定实验方案 1 月 1 日3 月 10 日3 完成低碳钢表面高熵合金涂层的制备及中期检查 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IVV低碳钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究摘 要：高熵合金作为一种新型的合金材料，具有许多优良的特性，其中极高的硬度、 强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性以及良好的塑韧性等是其显著特点。多主元高熵合金表现出与传统
4、合金不同的特性，而且通过不同的元素搭配可获得种类繁多的新型合金，因此具有丰富的应用潜能和广阔的应用前景。表面涂层技术可用于提高零件的耐腐蚀、摩擦、磨损和疲劳等，将具有优良机械性能的高熵合金用于金属表面涂层，是金属表面处理的一个新的研究方向。本论文主要研究了低碳钢表面高熵合金涂层制作流程和加工工艺，完成了以下实验：低碳钢表面高熵合金涂层的制备，真空烧结实验、涂层的显微组织观察，测试硬度等力学性能。关键词：表面涂层，高熵合金，工艺，性能The Process and Properties Investigation of The High-entropy Alloy Surface Coating
5、 of Low Carbon SteelAbstract: As a new type of alloy, High entropy alloy has many excellent properties, with very high hardness, strength, good thermal stability and resistance to corrosion and the good plasticity and the toughness are its salient features.PCA high-entropy alloy exhibits different c
6、haracteristics than the conventional alloys,and access to a wide variety of available new alloys through different elements matching, therefore has a wealth of applied potentials and broad prospects.Surface coating technology can be used to improve corrosion resistance, friction, wear and fatigue, h
7、igh-entropy alloy with excellent mechanical properties for metal surface coating, is a new research direction for metal surface treatment.This paper mainly studies the processes and processing technology of the high-entropy alloy surface coating of mild steel, performed the following experiment: hig
8、h-entropy alloy coating on mild steel surface preparation, vacuum sintering experiment and observation of microstructure of coatings, mechanical properties such as hardness test.Keywords:The surface coating High-entropy alloy Process PropertyVI目 录1 前言 .11.1 低碳钢 .11.2 高熵合金 .11.3 表面涂层 .22 高熵合金涂层的制备 .4
9、2.1 配置高熵合金 .42.2 粘结剂的配制 .42.3 高熵合金涂层试样的制备 .53 低碳钢表面高熵合金涂层工艺研究 .63.1 将高熵合金涂在基体表面 .63.2 GQ70B 型电热干燥恒温箱 100恒温保存涂层试样 .63.3 在 CX-1400ZKL 真空熔炼炉内高温加热，保温 .63.4 四组低碳钢表面高熵合金涂层试样的烧结过程 .74 低碳钢表面高熵合金涂层组织研究 .124.1 低碳钢表面的组织研究 .124.2 第一组低碳钢表面高熵合金涂层试样 .144.3 第二组低碳钢表面高熵合金涂层试样 .164.4 第三组低碳钢表面高熵合金涂层试样 .194.5 第四组低碳钢表面高熵
10、合金涂层试样 .215 低碳钢表面高熵合金涂层力学性能研究 .235.1 低碳钢表面力学性能研究 .235.2 第一组低碳钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .245.3 第二组低碳钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .255.4 第三组低碳钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .275.5 第四组低碳钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .286 结 论 .30参考文献 .31致 谢 .3211 前言1.1 低碳钢按碳的质量分数可将碳钢分为低碳钢（ c0.60%） 1。1.2 高熵合金2004 年，我国台湾学者叶均蔚打破合金设计传统思路，提出多主元的高熵合金。熵（entr
11、opy)指的是体系的混乱的程度，而高熵与玻璃化能力表现并不一致，高熵合金一般定义为由五个以上金属或金属与非金属组合制成的合金，高熵合金是一种高混合熵的合金。高摘合金具有很高的熵，而且原子表现为不容易扩散。高熵合金比较容易获得热稳定性高的固溶相,还可以获得非晶体结构,不同金属元素的合金本身具有不同的性能,高熵合金在这些表现上均优于传统合金。低碳钢（low carbon steel)为碳含量低于 0.25%的碳素钢。传统合金的研究渐趋饱和，材料性能单调不能满足现当代材料需求要求，这也是高熵合金迅速发展的原因。高熵合金具有的一些较传统合金所无法相比的优异性能，如高强度、高硬度、高耐回火软化、高耐磨性
12、、高抗氧化性、耐腐蚀性、高热阻、高电阻等。因此，高熵合金的应用前景不言而喻 2。现当代制备高熵合金的方法主要是：在坩埚中，按照一定的比例放入纯金属，然后放置于真空熔炼炉中，在真空熔炼炉内反复抽真空后充人 Ar 气保护，等纯金属全部融化均匀，再在水冷铜模中浇铸成铸态 3。高熵合金具有特殊的结构，也正因为这些特殊的结构决定了高熵合金具有不同于其他金属和合金的特点。现归纳其特点如下： 1) 晶体结构：目前大量的研究已经显示，高熵合金可以形成单一相的 BCC 或 FCC 结构相，这意味着在没有主元素的情况下，各种金属元素可以互相固溶成单一结构。 而在铸态和完全回火态都会析出纳米相结构，甚至可以析出非晶
13、结构。当高熵合金熔化时，所含的纯金属元素混乱排列成为液相，而当凝固为固相后，因涉及2到了多种元素的扩散和再分配，将阻碍析出物的形核及生长，有利于纳米相的形成。对于快速凝固或真空镀膜而言，高熵合金更能展现非晶化的倾向。 2) 热力学方面：自由焓 G 和焓 H、绝对温度 T 及熵 S 的关系是 G=-TS，而在一个固定的系统中，G 值愈低愈稳定。这就是说，在等温条件下，混合前相比混合后的自由焓改变量 G=H-TS，不论 H 为正还是负，是吸热还是放热，若能增加 S，则可降低 G 值，系统稳定性就表现为增加，这都使得此系统表现为不易产生变化。3) 强化机制方面：若多元高熵合金为结晶相，将发挥极强的固
14、溶强化效应，使得位错运动困难，强度和硬度都很高；若多主元高熵合金为非晶态，此时无位错存在，造成滑动变形困难，强度更高。 4）耐热性方面：因为高熵合金混乱度大，再加上物质通常在高温下，混乱度会变得更大，混乱度大，也就是说高熵合金无论是结晶态，还是非结晶态都会变得更加稳定，此时仍然存在固溶强化效应，也即获得了极高的高温强度。5）耐腐蚀性：多元高熵合金中某些元素易形成致密氧化膜以及此合金具有非晶、微晶、单相、低自由焓等特性，这些都有助于产生极佳的耐腐蚀性 4。1.3 表面涂层表面涂层是用于改善学物体表面性能的涂层材料。目前所知最常用的表面涂层技术有：5表面涂层技术配合优质涂层材料便可达到提高材料表面
15、性能和寿命的目的。尤其是当下高熵合金的发展。高熵合金的制作方法较多，但使用整块高熵合金作材料，成本依然很高。而表面涂层技术用少量的材料即可达到大量、昂贵的整体材料的性能,同时又大大地降低了产品的加工成本。利用表面涂层技术赋予材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳、耐辐射以及光、热、电、磁等特殊功能，从而达到提高产品质量、延长使用寿命、节约能源的目的。表面涂层对提高材料的使用性能,扩大材料的3使用范围,实现材料功能复合等方面具有重要意义 6。42 高熵合金涂层的制备2.1 配置高熵合金成分设计及原料准备:原材料为高纯度（99.99%）的Al、Cr、Co、 Fe、Ni、Mo、Ti、Si。其成分设计见表2
16、.1。表2.1 合金成分设计2.2 粘结剂的配制第一步：取两块松香，将其砸成细小的颗粒。第二步：将颗粒松香研磨成粉末，并用筛子过滤，目的就是要筛出极其微小的松香粉末颗粒。第三步：在微电子称上放一张滤纸，在上面称得松香10克。第四步：在电子称上称出空小烧杯的质量，计下其质量后倒入松节油，保证去掉烧杯质量后，松节油的质量是30克。第五步：混合10克松香与30克松节油配制成饱和溶液，即表面涂层粘结剂。2.3 高熵合金涂层试样的制备第一步：取少量松香和松节油的饱和溶液在烧杯内。Al Cr Co Fe Ni Mo Ti Si物质的量(mol) 0.068 0.068 0.068 0.068 0.068 0.068 0.068 0.068摩尔比 1 1 1 1 1 1 1 1相对分子质量 27 52 59 56 59 96 48 28质量（g） 1.836 3.536 4.012 3.808 4.012 6.528 3.264 1.904
