高熵合金的高温蠕变变形行为及断裂机理研究

高熵合金是近年来根据新的合金成分设计理念提出的新型多组元合金材料，在热稳定性、抗氧化性、硬度、耐蚀性等方面呈现出较传统合金更优异的性能，在高温领域有广泛的应用前景，但目前有关其高温蠕变变形及断裂行为的认识还知之甚少。本项目拟以AlCrFeMnNi和AlCoCrCuFeNi为对象，结合最新发展的蠕变变形与损伤模型和可靠性分析技术等，开展高熵合金的高温蠕变实验以及蠕变变形-组织结构-损伤断裂之间关系及机理的研究工作。项目的开展将认识高熵合金高温蠕变变形和断裂的基本现象和基本规律，阐明高熵合金的组织因素与蠕变变形之间的相互作用规律，揭示蠕变过程中损伤的演化过程及蠕变变形与断裂的微观机制，建立相关的蠕变变形本构方程及寿命预测模型，丰富和深化人们对材料高温变形及断裂领域的认识，使我国成为国际上开展相关研究的先行者之一，并为进一步开发具有良好经济效益和自主知识产权的高温材料提供支持。

本项目针对多组元合金或称高熵合金在热稳定性、抗氧化性、耐蚀性等方面优势，研究其高温性能，组织因素与蠕变变形之间的相互作用规律，蠕变变形与断裂的微观机制，建立相关的蠕变变形本构方程及寿命预测模型，为高温材料的开发提供支持。项目在高熵合金蠕变-松弛行为关系、高温稳定性、弹性模量关系、高温氧化行为方面，以及结合先进耐热钢等开展了研究工作。主要结果有：.（1）当高熵合金以单相固溶体存在时，倾向固溶体蠕变变形行为；以多相存在时，则呈现复杂蠕变变形行为。具有单相固溶体结构的高熵合金抗蠕变性能更好。和这些纯金属和合金相比，高熵合金的激活能较高，这可归因于高熵效应和晶格畸变的影响。.（2）弹性模量的研究结果表明，高熵合金弹性模量基本遵循适用于其它合金系的混合法则。对于目前一些报道中提出的的高熵合金低弹性模量结果，基于大量文献的综合分析，已有报道的弹性模量值由于测试方法的多样性，不能得到可靠保证，并建议今后在报道高熵合金弹性模量数值时，需要明确应变测试方法，以期提供更可靠的数据。.（3）与典型的超超临界用先进耐热钢的比较分析表明：优化的高熵合金的抗高温变形能力可以达到与目前超超临界用钢相近的程度，也需注意高熵合金作为高温结构材料的应用前景尚有较大的距离；抗超超临界水氧化性能的排序为：AlxCoCrFeNi＞HR3C>Super304H＞P92。相比于制备高熵合金块体材料的难度，高熵合金制备为表面膜可能会更加发挥其优良的性能。.基于本项目的研究结果，高熵合金作为块体材料应用于高温领域的工程应用尚有较大的距离。但高熵合金具有的良好的表面抗氧化和抗腐蚀性则在一定程度上表面其在表面涂层、表面膜制备中潜在的优势及应用前景。