高熵合金的塑性变形机理研究(2)
相信，如果合金组元多，不同金属元素之间会形成多种复杂金属间化合物，在合金中
就会形成复杂的晶体结构、相组成和显微结构。另外，英国牛津大学的 Cantor 将 16
种或 20 种元素等原子比合金化，希望得到非晶态合金，而铸造出来的合金却含有多种晶态相[1]
。这种与预期相反的独特之处触发了人们对多组元合金的兴趣，20 世纪
90 年代台湾国立清华大学的叶钧蔚提出了高熵合金这一新型合金材料概念，并将组
元数在 5 到 13 之间并且各组元以近等原子比混合的合金定义为高熵合金[1]。高熵合金具有四大效应[1]：
1.热力学上的高熵效应
根据玻尔兹曼关系SൌklnΩ,S为混合熵，k 为玻尔兹曼常数，Ω为微观状态数。
当多种金属元素混合形成高熵合金时，混乱程度急剧增大，混合熵自然也高。根据吉
布斯自由能方程∆G ൌ ∆H െ T∆S,虽然不同组元之间具有一定的两两形成金属间化合
物的趋势，由于高混合熵促进了组元间的相容性，从而避免了相分离以及金属间化合
物的形成，熔体凝固时形成很少几种固溶体甚至单一相而非金属间化合物。
2.结构上的晶格畸变效应
高熵合金的所有原子既可以看作溶质原子也可以看做溶剂原子， 由于各种原子尺
寸不一样，会产生严重的晶格畸变，进而导致高的固溶强化。
3.动力学上的迟缓扩散效应
由于高熵合金中的晶格畸变阻碍了原子扩散， 在熔体冷却过程中高温时的相变通
常被抑制从而推迟到低温，并且在铸态中形成纳米量级的显微结构[2]。
4.性能上的“鸡尾酒”效应
合金组元的性质会影响合金整体的性能。例如:如果使用较多轻元素，合金的密
度将会减小。另外，组元之间也会相互影响使得合金元素具有了与单质状态下完全不
同的性能，比如说，Al 单质为 fcc 结构，但在高熵合金中 Al 却会促进 bcc 结构的形成[3]。
高熵合金具有良好的综合力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、良好的热稳定性能
等，并且已经得到一部分应用，如耐磨耐蚀涂层和冲压模具。但由于高熵合金起步时间较晚，研究历史与传统合金相比短得多，对于它的塑性变形机理研究得并不充分，
从而大大限制了它的加工手段以及工业化应用。 本课题通过对 Al0.3Cu0.5CoCrFeNi 高熵
合金进行塑性变形，并用多种表征方法对变形前后的材料进行观察，以探明高熵合金
的变形机理，从而为高熵合金的加工及应用提供理论依据。
1．2 Al0.3Cu0.5CoCrFeNi 高熵合金的显微结构
选择这种成分的合金是因为铸态的 Al0.3Cu0.5CoCrFeNi 高熵合金的主晶相是无序
fcc 相，由于 Al 和 Cu 的含量较少，从而排除了合金中的两种次晶相(树枝晶间相和
bcc 相)，避免了由于相太多产生的潜在的复杂性，使其成为一个相对简单的研究切
入点。将铸态合金进行退火热处理，即加热到 1100℃后随炉冷却，在 fcc 基体中出
现了与其共格的具有立方 L12 结构的沉淀相 （a= 3.588Å， 空间群 Pm-3m， 原型 Cu3Au） 。
再将退火后的合金加热到 1100℃恒温 6 个小时后水冷（淬火） ，合金中中的 L12相消
失，这是由于冷却速度较快原子不能充分扩散所导致的[2]。
1．3 XRD 与 TEM 在研究材料塑性变形中的应用
由于塑性变形会在材料内部引入缺陷，使晶格产生畸变，用 TEM 观察时就会产生
衍射衬度，根据 TEM 成像的衬度变化能确定合金内部结构发生的什么样的变化，定性
分析缺陷种类[4]。
而 XRD 则可以用来定量计算各种缺陷，如：亚晶尺寸，位错密度等。不同类型的
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