低模量高熵合金弹性性能和其热学参量的关联

高熵合金是近年来基于大块非晶合金和金属间化合物结构材料的开发而提出的新型合金材料。已有报道该类材料具有超高强度、高的耐磨耐蚀性、较低的模量、高的高温硬度等。但是对高熵合金这些性能和合金本身高熵的特点的关联还未有系统的工作基础。本工作抑从一个基本的热力学关系出发，即：合金本身的模量由两部分贡献，一部分为内能贡献，是正的，一部分是熵贡献，是负的。选用两种典型的高熵合金，一种为AlCoCrFeNi合金，为体心立方结构，一种为CoCrCuFeNi合金，为面心立方结构。用超声法测量两种高熵合金的弹性常数，并测量合金的膨胀系数等。本课题将研究合金高熵的特点是否会导致合金的弹性常数也有突出的特点，即高熵是否必然导致合金低模量，甚至高泊松比等。

通过统计大量报道的高熵合金成分，计算其混合焓、混合熵和原子半径差，绘制出了三维关系图，初步归纳总结了高熵合金相形成规律。进一步，我们引入了一个新的热力学参数Ω，用以表征高熵合金中混合熵和混合焓的竞争作用，结合原子半径差δ，得出了高熵合金固溶体的形成判据即Ω≥1.1，δ≤6.6%。研究了冷却速率对高熵合金固溶体形成的影响，发现高熵合金固溶体的形成没有明显的临界冷却速率，显示出很好的相稳定性。探索了合金致密度对高熵合金相结构的影响，研究发现原子半径大的合金元素有利于形成低致密度的体心立方结构的高熵合金固溶体。对不同成分高熵合金进行等温退火处理，高熵固溶体合金普遍具有良好的热稳定性，尤其在高温条件下，此时熵的效应更加突出。通过对面心立方高熵合金进行冷轧变形和回复再结晶处理，其合金拉伸强度有了大幅度的提高，同时研究发现高熵合金相比传统合金具备更高的再结晶温度。通过Bridgman定向凝固技术对高熵合金进行组织控制，观测到了B2相有序结构，并成功制备出了单晶面心立方高熵合金。研究了高熵合金的动态模量和热力学、动力学参数的关联，发现高熵合金具有更好的动力学稳定性，并且高熵合金的弛豫特征似乎有别于传统合金。研究了高熵合金的软磁性能和难熔高熵合金的力学和电学性能，并制备出了一个模量较低的高熵合金。