合金元素Mo对高熵合金材料力学性能影响规律.docx

合金元素Mo对高端合金材料力学性能的影响规律
摘要:多主元高嫡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 元高嫡合金是以五种或五种以上主要元素按等异，主要包括一下几个 方面：⑴不但能形成简单的BCC和FCC结构甚至易产生纳米相和无序的非晶相；⑵具 有良好的热稳定性；⑶极高的硬度、温室强度和良好的塑性变形能力;⑷优越的耐腐 蚀和耐磨性能。一般来说，传统概念的固溶体特性是具有较好的塑性变形能力，但硬 度和强度较低，通常只能作为基体相。而基于多主元构成高嫡合金形成的固溶体有着 较高的强度和硬度，甚至高于非晶合金的强度，同时还具有良好的热稳定性和耐磨耐 蚀特性，为新型结构材料的设计提供了丰富的空间。
高嫡合金的性能比传统合金具有较大的优越性，但高嫡合金的元素种类不同，其 力学性能，微观组织结构也会有所变化，故研究高嫡合金具体元素的特性也是很有必 要，本文就以AlCrCoFeNiMoTiSi为例，研究Mo元素的有无对此高嫡合金力学性能所 产生的影响。
、研究的目的和意义
几千年来，合金的发展都是以一种金属元素为主的（一般都超过50%）,随着添加 各种不同的合金元素而产生不同的合金，以满足所需的性能要求，例如以铝为主的铝 合金，以铁为主的钢铁材料，以铜为主的铜合金，以镣为主的高温合金，以钛为主的 钛合金等等。尽管如此，合金系的数量还是很有限的，目前人类已开发使用的合金系 共有30余种。
自从1970年以来，金属基复合材料及金属间化合物得到广泛的关注的同时，新的 制造加工工艺也随之出现并得到广泛应用，例如快速凝固技术和机械合金化等等。于 是，研究员们利用这些新的制造加工工艺又开发出新的高性能合金，这些合金具有纳 米级晶体结构尺寸，而且固溶度极大，有的甚至含有非晶体相。在最近的二十年里， 很多学者致力于开发大量大块非晶合金，例如
Pd基、Zr基、Fe基、Ni基和Mg基大块非 晶合金系等。但是，这些大块非晶合金也都是以一种元素为主的合金
因此，到目前为止，传统的合金配方仍不脱离以一种金属元素为主的观念，人类 依此观念配制不同合金，采用不同的制造加工工艺，进而应用到不同的地方，都是在 这个框架下发展及改善的。而且，根据传统合金的发展经验可知，虽然可以通过添加 特定的少量合金元素来改善合金的性能，但合金元素种类过多会导致很多化合物尤其 是金属间化合物的出现，从而导致合金性能的恶化，如变脆。此外，也给材料的组织 和成分分析带来很大的困难，因此合金元素的种类应该越少越好。正因为如此，我们 所开发的合金系种类很有限，传统合金的发展空间变得越来越小了。在1996年，中国 台湾的国立清华大学就有学者率先跳出了传统合金的发展框架，提出新的合金设计理 念，即高嫡合金。
近几十年来合金领域里的三大突破：就是用多种金属元素配制成大块非晶合金、 多功能的超弹塑性合金以及纳米结构的高嫡合金［2］。高嫡合金作为其中之一，目前 还是一片处女地，但这是一个具有学术研究及工业发展潜力的丰富宝藏，可以开发出 大量的高技术材料，而且可以用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制 作块材、涂层或薄膜。除了上述几种传统的制作加工方法外，高嫡合金还可通过快速 凝固、机械合金化获得，利用这两种方法获得的高嫡合金，其组织更倾向于形成纳米 晶体，甚至非晶体。高嫡合金的组织特点决定了它具有以下几种特性：⑴高的硬度； ⑵良好的耐腐蚀性；⑶良好的耐磨性；⑷较高的耐温性；⑸高加工硬化。因此，就实 用性而言，若无法找到功能合适的传统合金，高嫡合金也许可以适用。高嫡合金的研 究具有前瞻性，具有学术研究及应用价值。由于应用潜力多元化，面对的产业也多元 化，因此传统合金工业的升级及高科技产业的发展也将为高嫡合金开辟无限发挥的空 间，对传统冶金的钢铁行业的提升无疑具有重要意义。
高嫡合金是一个全新的合金领域，它跳出了传统合金的设计框架，是具有许多优 异性能的、特殊合金系，调整其成分可以进一步优化性能，因而具有极为广阔的应用 前景。国内有关高嫡合金的研究才刚刚起步，虽然有不少研究者开始关注此类合金的 研究，但相关数据尚属实验室阶段，未真正进入实际应用阶段。若某一具体的高嫡合 金能够获得稳定、可靠、具有工业参考价值的实验数据，将真正、快速地推动高嫡合 金的研究和应用，在工业应用的各个领域将能看见高嫡合金的身影。
传统合金的发展经验认为，组成合金的金属元素多了之后，会形成诸多结构复杂 的脆性金属间化合物，恶化合金性能。然而近年来，研究者们发现，将5种或5种以上 的金属元素按等摩尔比或近等摩尔比混合在一起，不区分主要元素，熔炼得到的合金 具有显微结构简化、不倾向于出现金属间化合物、具有纳米