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熱處理溫度對(duì) Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-07-03  瀏覽次數(shù)：2871
相比于傳統(tǒng)合金，高熵合金的多主元特性使其具有四大效應(yīng)，即高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)以及“雞尾酒”效應(yīng)。由于高混合熵能夠顯著降低自由能，有利于固溶體的形成，同時(shí)動(dòng)力學(xué)上的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)使得高熵非晶合金在加熱過(guò)程中原子擴(kuò)散緩慢，從而趨向于形成簡(jiǎn)單的面心立方(FCC)、體心立方(BCC)、密排六方(HCP)或者雙相結(jié)構(gòu)的固溶體相，甚至傾向于形成非晶結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)特的成分和組織結(jié)構(gòu)特征使得高熵合金具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕和耐磨等優(yōu)異的性能。相比于Fe基以及Co基非晶合金，高熵非晶合金具有緩慢晶化動(dòng)力學(xué)特性及較高的熱穩(wěn)定性，同時(shí)擁有優(yōu)異的力學(xué)性能和磁學(xué)性能，是高熵合金領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。

中南大學(xué)周海濤等用不同溫度對(duì)Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金進(jìn)行退火處理后分析其晶化行為和微觀結(jié)構(gòu)特征，為開(kāi)發(fā)新型大塊金屬玻璃、改善非晶合金性能以及推動(dòng)非晶材料的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于2024年4月在《熱處理技術(shù)與裝備》上發(fā)表。

研究人員采用真空電弧熔煉爐在氬氣保護(hù)氣氛下熔煉Fe、Co、Ni、Si和B(純度＞99.9%)，反復(fù)熔煉5次以上確保成分均勻，得到名義成分為Co28Fe28Ni19Si13B12的合金錠。采用銅輥輪線速度為45m/s的單輥甩帶機(jī)制備寬度為6～6.5mm以及厚度為24～26μm的薄帶（圖1），采用差示掃描量熱法(DSC)、X射線衍射(XＲD)和透射電鏡(TEM)等檢測(cè)手段，詳細(xì)研究了該合金的晶化行為、熱穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu)（圖2-3）。通過(guò)對(duì)Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金進(jìn)行晶化行為以及微觀結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其晶化過(guò)程具有明顯的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。對(duì)其進(jìn)行退火處理后，首先在非晶基體上析出BCC結(jié)構(gòu)的Co7Fe3相;隨著溫度升高，開(kāi)始析出其他層片狀的金屬間化合物，析出晶粒的尺寸均屬于納米晶的范疇;當(dāng)溫度升高至973K時(shí)，合金中BCC結(jié)構(gòu)的Co7Fe3相消失轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC結(jié)構(gòu)的(Ni，F(xiàn)e)相，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大。使用Kissinger法和Ozawa法計(jì)算了合金不同階段的晶化激活能（圖4），兩種方法得到的計(jì)算結(jié)果基本一致，玻璃轉(zhuǎn)變激活能Eg分別為701、685kJ/mol，初始晶化激活能Ex分別為410、401kJ/mol，一次晶化峰值激活能Ep1分別為417、402kJ/mol，二次晶化峰值激活能Ep2分別為466、456kJ/mol，表明其相比于一般的Fe基和Co基非晶具有良好的玻璃形成能力以及較高的熱穩(wěn)定性。


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