鈦合金表面激光熔覆高熵合金

鈦合金表面激光熔覆高熵合金2015-01-201主要內(nèi)容2鈦合金表面激光熔覆高熵合金涂層高熵合金的簡介高熵合金的定義定義：具有5種或者5種以上合金元素以等摩爾比或近等摩爾比混合形成的固溶體合金(兩種元素以等摩爾混合)當(dāng)n=2時，ΔS=

0.693R，當(dāng)n=5時，ΔS=1.61R當(dāng)n=6時，ΔS=1.79R當(dāng)n=

9時，ΔS=2.20R

高熵的指標(biāo)混合熵大于1.5R每一種主元的含量需要大于5at.%主元數(shù)目應(yīng)大于5，最好不超過13Gibbs相率：P=C+1-F隨著元素種類增加，平衡相的數(shù)目也應(yīng)該增加。在高熵合金中雖然含有5種或5種以上的元素，但卻依然能夠形成簡單的固溶體相，這就是高熵合金最為獨特的地方高熵合金的特性與傳統(tǒng)合金區(qū)別：傳統(tǒng)合金一般基于一種或兩種元素，而高熵合金中沒有任何一種元素占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)合金中合金元素固溶量是有限的。隨著合金元素含量的增加，會出現(xiàn)金屬間化合物及復(fù)雜相，對合金性能不利。高熵合金中絕大部分的金屬元素都處于固溶狀態(tài)，并且具有BCC、FCC這樣簡單的晶體結(jié)構(gòu)高熵效應(yīng)

遲滯擴散效應(yīng)

嚴(yán)重晶格畸變

雞尾酒效應(yīng)四個特性：高熵效應(yīng)當(dāng)ΔH

＜-T

ΔS時，說明元素之間有結(jié)合在一起的趨勢，即形成化合物的趨勢較大，不利于形成固溶體相當(dāng)ΔH＞-T

ΔS時，說明元素更趨于維持混亂的狀態(tài)在高熵合金中，通過增加元素的種類來提高ΔS，讓高熵合金形成固溶體相而不是金屬間化合物相，從而將固溶體相變成一個熱力學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)。

ΔG=ΔH-TΔSΔG越負(fù)的狀態(tài)越穩(wěn)定

ΔH一般小于零，反映了原子之間的相互作用能

ΔS大于零

，反映了體系的混亂程度.高熵效應(yīng)原理晶格畸變效應(yīng)

高熵的指標(biāo)混合熵大于1.5R每一種主元的含量需要大于5at.%主元數(shù)目應(yīng)大于5，最好不超過13原理：存在嚴(yán)重的晶格畸變，固溶強化是最主要的強化形式嚴(yán)重的晶格畸變使高熵合金具有很高的抗拉強度晶格畸變不僅改變了合金的性能，而且減小了溫度對性能的影響。圖中這幾種高熵合金都具有很高的屈服強度，并且隨著鋁含量的增加，強度增加（用晶格畸變增加解釋）。高熵合金可以將這種性能保持到很高的溫度，原理：高熵合金中晶格畸變嚴(yán)重，必然導(dǎo)致擴散過程難以進行遲滯擴散效應(yīng)新相的形成和長大需要通過擴散進行，因此在高熵合金中經(jīng)常形成納米尺度的第二相顆粒。第二相顆粒的形核容易，但是長大非常困難，最終保持在納米尺度。遲滯擴散效應(yīng)讓高熵合金很容易得到過飽和狀態(tài)固溶體以及細(xì)小的沉淀，提高再結(jié)晶溫度，減小晶粒長大速率以及第二相粗化速率，提高蠕變抗性。真空吸鑄的方式制備AlCrFeCoNiCu高熵合金B(yǎng)),TEM亮場相a:70nm寬的無序BCC相

b:100nm寬的有序BCC相c:7-50nm的納米沉淀C),D),E)分別為a,b,c的投射花樣鑄態(tài)AlCrFeCoNiCu合金::在真空吸鑄的方式制備AlCrFeCoNiCu高熵合金中發(fā)生了調(diào)幅分解，分為了

無序BCC相a

有序BCC相b

7-50nm的納米沉淀c這是由于高熵合金中的遲滯擴散效應(yīng)導(dǎo)致的，第二相顆粒成核容易但是由于擴散過程難以進行，第二相的長大很困難。同時也導(dǎo)致了調(diào)幅分解帶的寬度很窄，只有納米數(shù)量級。

原理：當(dāng)多種元素混合的時候，其性質(zhì)的增長，可以超過混合定律增長的幅度。雞尾酒效應(yīng):比如，通過多種高熔點金屬混合，可以得到更好的高溫性能。四主元合金NbMoTaW和五主元合金VNbMoTaW，可以獲得更好的高溫性能。熔點高達(dá)2600℃在1600℃下屈服強度可達(dá)400Mpa。兩種高熵合金和常用的兩種鎳基高溫合金的對比?？梢钥吹絻煞N高熵合金雖然在低溫下強度不如inconel718但是可以把強度保持到更高的溫度，在800度以后兩種高熵合金的強度都超過了inconel718，高熵合金主元數(shù)目越多，高溫性能越好，五主元合金VNbMoTaW的性能明顯好于四主元合金NbMoTaW高熵合金獲取

原子體積差別（%）混合焓ΔHmix

S區(qū)：是單一固溶體區(qū)，在這個區(qū)中，原子尺寸的差別相對較小，同時ΔHmix并不是太負(fù)。S’區(qū)：主要是固溶體相，但是包含一部分的有序固溶體。Detla值較S區(qū)大一點，ΔHmix

值相對較負(fù)。C區(qū)：形成金屬間化合物。

可見ΔHmix

過大或者過小，都會形成金屬間化合物。B區(qū)：塊體金屬玻璃區(qū)，B2區(qū)是Mg、Cu基的塊體金屬玻璃，B1區(qū)是其他類型的金屬玻璃?？梢?，其原子尺寸差別更大，ΔHmix

更負(fù)。要形成固溶體相需要ΔHmix

等于0或略小于0，同時原子尺寸差別盡量小。ΔHmix差別過大，會導(dǎo)致金屬間化合物的形成因此高熵合金需要對元素進行仔細(xì)的挑選。高熵合金