1、本科毕业论文（20 届）合金工具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 日毕业设计任务书设计题目：合金工具钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究1设计（论文）的主要任务及目标1）掌握高熵合金的概念、性能特点、制造工艺。2）制定高熵合金涂层的成分配比及制备工艺3）合金工具钢表面高熵合金涂层的制备。4）合金工具钢表面高熵合金涂层的显微组织观察。5）合金工具钢表面高熵合金涂层的硬度、耐磨性等力学性能测定。通过上
2、述实验取得合金工具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。2设计（论文）的基本要求和内容1）查阅 20 篇以上的科技文献。2）完成毕业设计的各项实验任务3）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。4）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。3主要参考文献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. 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 2014.12.01 至2014.12.312 阅读相关文献，
3、制定实验方案 2015.01.01 至2015.03.103 完成工具钢表面高熵合金涂层的制备及中期检查2015.03.11 至2015.04.304 完成力学性能测定及实验结果分析 2015.05.01 至2015.05.155 撰写毕业论文，准备答辩 2015.05.16 至2015.06.10 I合金工具钢表面高熵合金涂层工艺及性能研究摘要高熵合金是近年来兴起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元素为主的设计框架，从而发展出一种全新的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。高熵合金
4、具有显微结构简化、不倾向于出现金属间化合物、具有纳米析出物与非晶质结构等结构特征，具有高强度、高硬度、耐回火软化、耐磨等性能特性。正因如此，高熵合金可以更大程度的满足工业生产的需要，其开发应用前景十分广阔。关键词：高熵合金，涂层，硬度, 组织The Process and Properties Investigation of The High-entropy Alloy Surface Coating of Alloy Tool SteelAbstract:Highentropy alloys is only just emerging in recent years，which is a
5、new type of material scienceIts biggest feature is the breakthrough of the traditional alloy that only one or two kinds of metal elements based design framework,develop a new alloy design conceptHigh-entropy alloys based on equimolar or nearly equimolar ratio five or more than five key elements，taki
6、ng melting，sintering or other means to get a combination of the metallic materialHigh entropy alloys have simplified, do not tend to appear intermetallic precipitates, with nano - structure characteristics of amorphous structure,With high strength, high hardness, temper softening resistance, wear re
7、sistance, and other performance characteristics.so,high-entropy alloys are superior than the traditional alloy in mechanical properties and wear resistance，which can be greater to adapt to the needs of industrial production,its development and application prospectsKeyword： High entropy alloys，Coatin
8、g ，Hardness，Microstructure II目 录1 前言 .41.1 合金工具钢 .41.2 高熵合金 .41.3 表面涂层 .22 高熵合金涂层的制备 .32.1 粘结剂的配制 .32.2 高熵合金涂层试样的制备 .33 合金工具钢表面组织及性能研究 .43.1 合金工具钢表面组织研究 .43.1.1 打磨试样 .43.1.2 抛光 .43.1.3 腐蚀 .43.1.4 金相组织观察 .43.2 合金工具钢表面硬度研究 .74 合金工具钢表面高熵合金涂层工艺研究 .94.1 将高熵合金涂在基体表面 .94.2 烘干合金工具钢的表面涂层 .94.3 在真空加热炉内高温加热，恒温
9、保存 .94.3.1 高温真空烧结炉的介绍 .94.3.2 高温真空烧结炉加热过程 .105 合金工具钢表面高熵合金涂层组织研究 .155.1 第一组合金工具钢表面高熵合金涂层试样 .155.1.1 第一组试样的打磨，抛光，腐蚀 .155.1.2 观察收集第一组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图 .155.2 第二组合金工具钢表面高熵合金涂层试样 .165.2.1 第二组试样的打磨，抛光，腐蚀 .165.2.2 观察收集第二组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图 .175.3 第三组合金工具钢表面高熵合金涂层试样 .17 III5.3.1 第三组试样的打磨，抛光，腐蚀 .17
10、5.3.2 观察收集第三组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图 .185.4 第四组合金工具钢表面高熵合金涂层试样 .185.4.1 第四组试样的打磨，抛光，腐蚀 .185.4.2 观察收集第四组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的金相组织相图 .195.5 显微组织分析说明 .196 合金工具钢表面高熵合金涂层力学性能研究 .216.1 第一组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .216.2 第二组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .216.3 第三组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力学性能研究 .226.4 第四组合金工具钢表面高熵合金涂层试样的表面力
11、学性能研究 .226.5 实验结果分析 .237 结 论 .248 参考文献 .259 致谢 .2611 前言1.1 合金工具钢合金工具钢，是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。1.2 高熵合金多主元高熵合金是近年来兴起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元素为主的设计框架,从而发展出一种全新的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。主要元素的增多使合金产生高熵效
12、应,晶体结构倾向于形成简单体心或简单面心结构,同时可能伴有晶间化合物生成,甚至在铸态就会析出纳米晶,从而起到固溶强化、沉淀强化和弥散强化效果,使高熵合金的性能比传统合金具有较大优势。图 1.1 以熵划分的合金示意图高熵合金的设计不同于传统合金，具有独特的结构、性能：（1）晶体结构、组织：前文说过，高熵合金其显微结构简单，为单一体心立方相或面心立方相或两者的均匀混合物。在铸态和完全回火态会出现纳米析出物甚至非晶态。2（2）高熵特性：热力学上，系统的熵值随组元数的增多而增大，熵值越大，系统越趋于稳定。所以高熵合金相对于传统合金性质状态较稳定。（3）强化机制：高熵合金结构简单，有很强的固溶强化作用；
13、其组元数目多，存在严重的晶格畸变，阻碍位错运动而提高了强度；另外纳米析出物和非晶态也阻碍位错的运动，所以高熵合金有很高的强、硬度。（4）耐磨性：一般材料的硬度越高，材料越耐磨。高熵合金由于一系列的强化效应具有很高的强度和硬度，所以高熵合金具有很好的耐磨性。（5）耐腐蚀性：高熵合金是多主元合金，其中的一些元素容易形成致密氧化膜，并且由于高熵具有简单显微结构、纳米微晶、非晶等特点，从而产生了很好的耐蚀性（6）耐热性：高熵合金的组元数很多，混乱度很大，高温下的混乱度更大，而其在高温下具有高的强度和硬度，故而高熵合金有很好的耐热性。另外，有的研究也表明，高熵合金在高温下具有好的耐回火性。（7）软磁性和
14、高电阻率：高熵合金中的一些组元元素具有一定的磁性能，在合金体系中与其它组元相互作用时，合金也可能具有一定的磁性能；而在高熵合金薄膜中，组元元素的不同以及形成薄膜的颗粒尺寸等因素的影响，对合金的电磁性有一定的影响。 1.3 表面涂层表面涂层是用于改善物体表面性能的涂层材料。常见的表面涂层技术有：（1）堆焊技术；（2）熔结技术；（3）电镀技术；（4）热喷涂技术；（5）塑料喷涂技术；（6）粘涂技术：（7）涂装技术：（8）物理、化学气相沉积。表面涂层技术配合优质涂层材料便可达到提高材料表面性能和寿命的目的。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
15、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,同时又极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,扩大材料的使用3范围,实现材料功能复合等方面具有重要意义。2 高熵合金涂层的制备2.1 粘结剂的配制松节油从松香水蒸汽蒸馏。松节油是最古的涂料溶剂，有利于漆流平性，是其所含的高馏份松油，它是一种挥发性的油，无色或淡黄色液体，有特殊气味。广泛用于油漆、制革等工业，在医药上用作抗毒剂、皮肤兴奋剂，还可制香料。松香的作用及用途 ，松香的作用:
16、要根据分类来分析其作用 按原料来源和加工方法的不同，松香可分为：脂松香、木松香、浮油松香。松节油可分为：脂松节油、木松节油、硫酸盐松节油。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，用筛子筛取细小颗粒，目的就是要筛出极其细小均匀的松香粉末。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：用锥形瓶称取30克松节油。第五步：将锥形瓶中加入10克松香，加以搅拌，静置一段时间，使其充分溶解，得到的溶液即表面涂层粘结剂。2.2 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倒入烧杯内。第二步：取一定量前面已经制备好的高熵合金粉末，放进盛有松香和松节油饱
17、和溶液的烧杯内，用玻璃棒搅拌，使高熵合金和松香与松节油饱和溶液充分结合，变成牙膏状混合物。注意：配制成的涂层不宜过稀或过稠，不利于将其涂到合金工具钢钢表面。43 合金工具钢表面组织及性能研究3.1 合金工具钢表面组织研究3.1.1 打磨试样合金工具钢试样的打磨第一步：准备两块合金工具钢钢试样；第二步：选择平整表面，进行粗磨。用粒度为160的240号砂纸，打磨合金工具钢表面。3.1.2 抛光抛光的目的是尽快把磨光工序留下的变形层除去，并使抛光产生的变形层不影响显微组织的观察。金相试样抛光机的操作流程：将干净的抛光布粘贴在抛光盘上，将罩压紧在盘内在试样上涂氧化铬研磨膏，在抛光布上加金刚石研磨粉试剂启动金相试样抛光机，在900r/min 的转速下抛光 1min3.1.3 腐蚀合金工具钢试样抛光后，在显微镜下，只能看到光亮的磨面及夹杂物等。要对试样进行显微分析，还需让试样经过腐蚀。（此次实验对合金工具钢进行化学腐蚀）化学腐蚀是将抛光好的试样磨面在化学腐蚀剂中腐蚀一定时间，从而显示出试样的组织。操作过程：用棉花蘸取4%硝酸酒精溶液覆盖在抛光的合金工具钢表面对其进行化学腐蚀3.1.4 金相组织观察
