铝基高熵合金组织及性能研究
摘要：一般高熵合金主要选择具有相对比较高密度的元素如Co、Cr、Fe、Ni和Mn等元素作为主要添加元素。本文则选择密度低的元素如Al、Mg、Zn、Cu、Li、Sn等作为主要元素，目的是研究组织与制备出具备优异性能的铝基高熵合金。根据高熵合金成分的制备原则，设计Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li系和Al-Mg-Zn-Cu -Sn-Li系两种合金体系并通过中频感应炉用熔炼的方法制备合金块。结构由XRD确定，通过SEM观察微观结构和通过微区分析EDS光谱，测试了硬度和耐磨性，以及排水法测量了密度。
在Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li系高熵合金中，其组织中出现网状Al组织和共晶结构CuAl2。在Al80Zn5Mg5Cu5Si5合金中，除共晶结构CuAl2外，基体中还会发现Mg2Si相;当添加Li时，Mg2Si相骤然减少并且合金中发现出现较大的AlLiSi相块。合金中伴随着加入Li元素发现出现了细小AlLiSi相。五种合金的硬度远远高于7075和6061铝合金的硬度并且合金的耐磨性优于7075铸态合金；在Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li系高熵合金中，Sn元素与Mg元素发生反应形成Mg2Sn相。Al80Zn5Mg5Cu5Li5合金，Al80Mg5Cu5Sn5Li5和Al80Zn5Mg5Cu5Si5合金的硬度大于7075和6061铝合金的硬度，耐磨性和硬度之间存在比例关系。
关键词：高熵合金；铝基高熵合金；合金元素；组织结构；性能分析
Study on Microstructure and Properties of Aluminum-based High Entropy Alloy
Abstract: Generally, high-entropy alloys mainly select elements having relatively high density such as Co, Cr, Fe, Ni, and Mn as main additive elements. In this paper, low-density elements such as Al, Mg, Zn, Cu, Li, Sn, etc. are selected as the main elements in order to study the microstructure and prepare aluminum-based high-entropy alloys with excellent properties. According to the preparation principle of high-entropy alloy composition, two alloy systems of Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li and Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li are designed and prepared by smelting in medium frequency induction furnace. Piece. The structure was determined by XRD, the microstructure was observed by SEM, and the EDS spectrum was analyzed by microdomain, hardness and wear resistance were tested, and the density was measured by the drainage method.
In the Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li high-entropy alloy, network Al and eutectic CuAl2 appear in the structure. In the Al80Zn5Mg5Cu5Si5 alloy, in addition to the eutectic structure CuAl2, the Mg2Si phase is also found in the matrix; when Li is added, the Mg2Si phase is suddenly reduced and a large AlLiSi phase block is found in the alloy. A fine AlLiSi phase was observed in the alloy accompanied by the addition of Li. The hardness of the five alloys is much higher than that of the 7075 and 6061 aluminum alloys and the wear resistance of the alloy is better than that of the 7075 as-cast alloy. In the Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li high-entropy alloy, the Sn element and The Mg element reacts to form the Mg2Sn phase. The hardness of Al80Zn5Mg5Cu5Li5 alloy, Al80Mg5Cu5Sn5Li5 and Al80Zn5Mg5Cu5Si5 alloy is greater than the hardness of 7075 and 6061 aluminum alloy, and there is a proportional relationship between wear resistance and hardness.
Key words: high-entropy alloy; aluminum-based high-entropy alloy; alloying elements; microstructure; performance analysis
第一章 绪论
每一次时代的创新都代表着材料科学的重大突破与科学技术的进步，材料发展过程与人类文明的进程相得益彰，从早期的石器时代到后来的商周时期青铜器时代，直到清朝之前铁器时代。现在我们已经进入了科技进步的时代，任何先进的高科技技术的发展和先进材料在组成设计或制备技术上的突破都是互补的，特别是材料领域，人们对其组织性能的探究是无止境的。
一般来说，传统合金多数以一个元素为主要组元和其他一些微量元素组成。加入其他元素目的是改变合金的组织及性能要求，如提升强度硬度、改进塑性韧性、提升耐磨性耐腐蚀性等。比如铝元素是铝合金的首要元素，为了使其性能强化可以加入少量的Mg、Zn、Cu等元素；钢铁是以铁元素为主要元素，加入不同的元素可以得到很多类型的钢铁材料，如弹簧钢、不锈钢、工具钢等等。
基于特殊材料的开发与应用，人们发现了许多以Al、Mg、Ti元素及其合金代表的轻合金材料，并且与此类合金材料相关的新型技术不断被挖掘被发现。铝合金的优点有质量小、导热性好、容易成形、价格便宜等，它已经广泛得应用于如航空航天、交通、工程材料等领域，是轻合金中被应用次数最多的合金。随着对高熵合金的探究日益成熟与完善，高熵合金将被广泛使用到各个领域。
1.1高熵合金概念及理论基础
1.1.1高熵合金的定义
在大量实验及数据的前提下，台湾学者叶均蔚[1]领导的一批科研人员率先提出了一个的新型理念，即高熵合金。2004年，公开了高熵合金，并制备探究了其结构组织及硬度、耐腐蚀性能。同年，学者们从热力学的方面完好诠释了高熵合金的概念，高熵合金的理论初阶段形成。
高熵合金是五种或五种以上金属合金或非金属合金经过熔炼、烧结或其他加工方法制备具备特殊组织性能的合金。由于该合金具有多种特征，每个主要元素原子往往排列成无序，因此面心立方结构或体心立方结构固溶体在高熵合金凝固过程中容易被形成。
目录
第一章 绪论 6
1.1高熵合金概念及理论基础 6
1.1.1高熵合金的定义 6
1.1.2高熵合金的理论依据 6
1.2高熵合金的组织特征与性能特性 7
1.2.1高熵合金的组织特征 7
1.2.2高熵合金的性能特征 9
1.3高熵合金的制备 10
1.4高熵合金的应用 12
1.5本课题的研究意义及研究内容 13
1.5.1研究意义 13
1.5.2研究内容 14
第二章 实验方法 15
2.1合金成分设计 15
2.2 合金的制备 16
2.2.1金相组织结构分析 17
2.2.2 X-ray衍射实验分析 17
2.2.3扫描电镜分析和能谱分析 18
2.3性能分析 18
2.3.1 硬度 18
2.3.2耐磨性 18
2.3.3密度 18
第三章 Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li系合金的组织性能分析 20
3.1 Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li系合金组织的分析 20
3.2 Al-Mg-Zn-Cu-Si-Li系合金性能分析 23
3.2.1硬度 23
3.2.2耐磨性 24
3.2.3密度 28
3.3本章小结 29
第四章 Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li系合金的组织性能分析 30
4.1 Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li系合金组织的分析 30
4.2 Al-Mg-Zn-Cu-Sn-Li系合金性能分析 32
4.2.1硬度 32
4.2.2耐磨性 33
4.2.3密度 34
4.3本章小结 35
第五章 结论 36
参考文献 37
致谢 38
参考文献
[1]叶均蔚,陈瑞凯,林树均.高熵合金的发展概况[J]，台湾新竹县，工业材料杂志，2004
[2]张力.高熵合金的制备组织与性能[D].长春：吉林大学.
[3]张勇.非晶和高熵合金[M].科学出版社，2010
[4]梁秀兵，魏敏，陈江波，张伟，徐滨士.高熵合金新材料得研究发展[J]，2009：75-79.
[5]毛晓峰. AlCoCrFeNiTix高熵合金铸态及不同为年度退火后组织和性能研究[D]，南宁：广西大学.
[6]赵亚光，梅虎，戴品强,等.Ti0.5AlCoFeNiCrX高熵合金得微观组织结构与力学性能[J].材料科学与工程
学报：材料工程版.2010，28（5）：753-756.
[7]李冬梅. CuCrFeNiMn高熵合金得耐蚀性能研究[D].郑州：郑州大学.
[8]时杰. 新型高强铝合金组织与性能研究[D].沈阳：东北大学.
