面心立方結構多主元高熵合金凝固機制的同步輻射研究

《面心立方結構多主元高熵合金凝固機制的同步輻射研究》是依託大連理工大學,由盧一平擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面心立方結構多主元高熵合金凝固機制的同步輻射研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：盧一平

項目摘要

面心立方結構多主元高熵合金具備很多優異的綜合性能，具有良好的工業套用前景，對其凝固機制的研究是該類合金工業化套用的關鍵理論基礎。然而該類合金的元素種類和含量較多，多原子互動作用強烈，加上合金的不透明性使得其凝固過程的實驗觀測十分困難，對其開展凝固機制研究帶來了極大的不便，目前關於多主元高熵合金凝固理論的實驗和理論研究均十分缺乏。本項目基於高能同步輻射硬X射線原位成像、三維立體成像與衍射技術，實現對具有面心立方結構的典型高熵合金的凝固過程進行實時觀測、凝固組織三維立體重構與原位衍射表征，可對其整個凝固過程以及合金完全凝固後的組織結構等進行精準的定量測量，並探索凝固速度、溫度梯度等主要凝固參量對其凝固過程的影響機制，從而揭示面心立方結構多主元高熵合金這一複雜體系中不同組元原子間的相互作用規律與依賴關係，建立該類合金形核和生長的理論模型，為該類合金的工業化套用奠定堅實的理論基礎。

結題摘要

高熵合金是最近一些年發展起來的一類新型合金，研究發現面心立方結構的高熵合金鑄態時就表現出極好的塑性和可加工性及高的組織穩定性，具備很多優良的綜合性能，具有廣闊的工業套用前景。對其凝固機制的研究是該類合金工業化套用的基礎，然而該類合金的元素種類和含量較多，多原子互動作用強烈，對其開展凝固機制研究帶來了極大的不便，目前關於高熵合金凝固理論的實驗和理論研究均十分缺乏。 鑒於此，本項目結契約步輻射技術，對面心立方結構的典型高熵合金的凝固過程進行研究分析、對凝固組織進行三維立體重構與原位衍射表征，並探索凝固速度、溫度梯度等主要凝固參量對其凝固過程的影響機制，揭示面心立方結構多主元高熵合金凝固機制，為該類合金的工業化套用奠定堅實的理論基礎。研究發現，面心立方結構高熵合金實質上是一種過飽和固溶體，其生長各向異性較弱，二次枝晶臂不發達，在凝固時傾向於形成胞狀結構或等軸晶結構，在定向凝固條件下易於形成單晶。凝固速度會影響面心立方結構高熵合金的晶粒尺寸，凝固速度較快時，晶粒較為細小，冷卻時熱流方向具有方向性時，晶粒朝著和熱流相反的方向生長。凝固時各原子擴散較為緩慢，凝固後常常有納米析出相形成或調幅分解結構形成。面心立方結構的高熵合金晶格畸變嚴重，沒有溶質和溶劑原子之分，互為溶質和溶劑原子，晶粒內部元素分布較為均勻。由於面心立方高熵合金元素種類較多、元素含量較高使得位錯移動速度較慢，反而有利於高熵合金的塑性變形。面心立方結構高熵合金的特性使得其從低溫到高溫都具有良好的塑性變形能力，具有廣闊的工業套用前景。目前的研究結果表明，面心立方結構高熵合金是一個可精確熔煉控制成分和組織，製備成大體積鑄錠，可在寬溫域條件下使用的一類新型高性能結構功能一體化材料。在本項目的資助下共發表SCI論文25篇（已標註本基金號），EI論文2篇（已標註本基金號），獲批發明專利3項，完成了所有預定的研究內容，達到了預期目標。