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热处理温度对 Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金微观结构的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-07-03  浏览次数:2421
相比于传统合金,高熵合金的多主元特性使其具有四大效应,即高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及“鸡尾酒”效应。由于高混合熵能够显著降低自由能,有利于固溶体的形成,同时动力学上的迟滞扩散效应使得高熵非晶合金在加热过程中原子扩散缓慢,从而趋向于形成简单的面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、密排六方(HCP)或者双相结构的固溶体相,甚至倾向于形成非晶结构,这种独特的成分和组织结构特征使得高熵合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀和耐磨等优异的性能。相比于Fe基以及Co基非晶合金,高熵非晶合金具有缓慢晶化动力学特性及较高的热稳定性,同时拥有优异的力学性能和磁学性能,是高熵合金领域的一大研究热点。

中南大学周海涛等用不同温度对Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金进行退火处理后分析其晶化行为和微观结构特征,为开发新型大块金属玻璃、改善非晶合金性能以及推动非晶材料的应用提供理论和实践基础。相关研究成果于2024年4月在《热处理技术与装备》上发表。

研究人员采用真空电弧熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼Fe、Co、Ni、Si和B(纯度>99.9%),反复熔炼5次以上确保成分均匀,得到名义成分为Co28Fe28Ni19Si13B12的合金锭。采用铜辊轮线速度为45m/s的单辊甩带机制备宽度为6~6.5mm以及厚度为24~26μm的薄带(图1),采用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等检测手段,详细研究了该合金的晶化行为、热稳定性和微观结构(图2-3)。通过对Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金进行晶化行为以及微观结构的分析,发现其晶化过程具有明显的动力学效应。对其进行退火处理后,首先在非晶基体上析出BCC结构的Co7Fe3相;随着温度升高,开始析出其他层片状的金属间化合物,析出晶粒的尺寸均属于纳米晶的范畴;当温度升高至973K时,合金中BCC结构的Co7Fe3相消失转变为FCC结构的(Ni,Fe)相,晶粒进一步长大。使用Kissinger法和Ozawa法计算了合金不同阶段的晶化激活能(图4),两种方法得到的计算结果基本一致,玻璃转变激活能Eg分别为701、685kJ/mol,初始晶化激活能Ex分别为410、401kJ/mol,一次晶化峰值激活能Ep1分别为417、402kJ/mol,二次晶化峰值激活能Ep2分别为466、456kJ/mol,表明其相比于一般的Fe基和Co基非晶具有良好的玻璃形成能力以及较高的热稳定性。


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