同轴送粉激光增材制造AlxCoCrFeNi2.1系高熵合金凝固组织及性能

摘要

传统铸造方式下制备得到的以层片状凝固组织为主的AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金，因其具备高强高韧的特点受到关注。同轴送粉激光增材制造技术作为一项先进制造技术，熔池内独特的传热、传质方式会对凝固组织的演变具有重要影响。因此，本文将这一未来可使用新材料同工艺新方法结合，采用激光增材制造技术制备AlxCoCrFeNi2.1系高熵合金，研究铝含量的改变、激光加工工艺对于合金凝固组织及力学性能的影响。　　当改变铝元素含量时，在金相显微镜和扫描电子显微镜下观察，发现其凝固组织随着铝元素的增加而发生改变。具体表现为，第二相析出比例会越来越多。结合X射线衍射图谱分析，合金中相组织结构发生由FCC→FCC+BCC的转变，同时样件的硬度也会越来越高。当铝含量继续增加，试样出现裂纹。　　选取组织和性能较好的共晶成分点AlCoCrFeNi2.1高熵合金进行研究，准连续激光下，共晶高熵合金其凝固组织为细小的枝晶结构。在激光光斑较大时，制备出的合金凝固组织为粗大的枝晶。当光斑为小光斑时，在低功率、快扫速的情况下制备的样件为枝晶和胞晶共存；在降低扫描速度时，会出现典型的层片状共晶组织。经研究发现，层片状共晶组织在慢冷却速率下出现。　　以枝晶为主的样件一和层片状共晶为主的样件二进行热处理前后拉伸力学性能的测试。在热处理前，枝晶为主的非共晶组织在拉伸实验中延展率较差，层片状共晶组织为主的样件二在抗拉强度保持同一水平的前提下，延展率要优于样件一。经过退火后处理，枝晶间元素充分扩散，使得塑性明显提高。　　采用激光增材制造技术制备AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金，工艺窗口调整为高功率、慢扫速、小光斑以及连续出光更容易制备出层片状共晶组织，其力学性能要明显优于以枝晶为主的非平衡状态下的AlCoCrFeNi2.1高熵合金。相比较于传统铸造后样件需要冷轧退火等复杂的处理工序，独特的优势使得激光增材制造在高熵合金中具有重要研究意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.2高熵合金及其定义

1.3高熵合金的特性

1.3.2 晶格畸变效应

1.3.3 迟滞扩散效应

1.4高熵合金的制备方法

1.5.2 单相多晶组织

1.5.4 多相其他组织

1.6.1 力学性能

1.6.2 强度和硬度

1.6.4 耐腐蚀性

1.6.6 抗辐照性能

1.8增材制造技术

1.8.2 增材制造下高熵合金的研究

1.9研究目标和内容

第2章 实验材料与方法

2.1.2 高熵合金块体的制备

2.2显微分析方法及设备

2.2.3 X射线衍射分析（XRD）

2.3.2 拉伸测试

第3章 铝含量对AlxCoCrFeNi2.1系高熵合金的影响

3.2铝含量的改变对于AlxCoCrFeNi2.1系高熵合金凝固组织的影响

3.2.1 Al0CoCrFeNi2.1凝固组织

3.2.2 Al0.5CoCrFeNi2.1凝固组织

3.2.3 Al1CoCrFeNi2.1凝固组织

3.2.4 Al1.5CoCrFeNi2.1凝固组织

3.2.5 AlxCoCrFeNi2.1中XRD和硬度测试

3.2.6 铝含量对AlxCoCrFeNi2.1的影响规律

3.3本章小结

第4章 不同工艺下AlCoCrFeNi2.1凝固组织变化

4.1离焦量（光斑）对于AlCoCrFeNi2.1凝固组织的影响

4.1.2 离焦量：-15mm

4.1.3 离焦量：0mm

4.1.4 离焦量对于凝固组织的影响

4.2.2 准连续激光对于凝固组织的影响

4.3扫描速度和激光功率对于AlCoCrFeNi2.1凝固组织的影响

4.3.1 不同扫速和功率下AlCoCrFeNi2.1的凝固组织

4.3.2 扫速和功率对凝固组织的影响

4.4本章小结

第5章 热处理对组织和性能的影响

5.1退火前后力学性能和凝固组织的改变

5.2退火前后对力学性能和凝固组织的影响规律

5.3退火前后断口形貌的改变

5.4退火前后对断裂机制的影响

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致 谢