太原工业学院毕业设计（论文）
通过这2种方法所制备的高熵合金，其微观组织更倾向于形成纳米晶颗粒或是非晶结构。
与传统合金相比，高熵合金在以下特性中拥有更好的表现：(1)高硬度和良好的韧性；(2)良好的耐腐蚀性和耐磨性；(3)较高的耐温性和回火抗性；(4)良好的加工硬化性能。因此，高熵合金可以作为工程材料中多种其他合金的替代材料使用。
高熵合金的性能比传统合金具有较大优越性，但其微观组织和性能机理有待研究。开展这方面的工作，对于开发新型高熵合金材料，促进高熵合金在工业上的应用，具有十分重要的经济价值和社会价值。
1.3本课题研究的主要内容
髙熵合金的研究成果现在还处在初级阶段，无论是从理论上，还是从具体实验的设置及结果上，所出的成果还是很少的。人们对髙熵合金的合金化过程机理及其涉及到的诸多科学问题，基本上还没有很好的认识和解释。对于怎么样选择合金的元素种类，也没有科学的依据可循。此外，对髙熵合金凝固后的微观组织结构、相的成分与合金的机械性能、物理性能和化学性能之间的关系，也没有找到其间的规律性。因此有待于开展这方面的研究工作，探索其组织和性能的形成机理及其影响规律。
选取Al-Cr-Co-Fe-Ni-Mo-Ti-Si系列合金，研究Ti、Si元素含量对
AlCrCoFeNiMoTiSi八主元合金的组织的影响。原材料为高纯度（99.5%）的Al、Cr、Co、Fe、Ni、Mo、Ti、Si按摩尔比为1:1:1:1:1:x:y配置合金，用真空电磁炉熔铸AlCrCoFeNiMoTixSiy （x:y=1:0，0.25:0.75:，0.75:0.25，1:0，1:1）髙熵合金。研究合金铸态与退火态的微观结构，以及Ti、Si元素含量对八元合金的微观组织、结构的影响。主要做以下几方面的工作：
（1）选择日常使用的金属材料，通过改变Ti、Si的含量，研究其对合金微观组织的影响，比较不同配方的AlCrCoFeNiMoTixSiy 髙熵合金的微观组织。改变热处理工艺方法，研究热处理工艺对材料组织的影响。（x、y的取值同上）
（2）使用光学显微镜观察合金观微组织形貌；运用XRD衍射实验来分析合金晶体结构；对合金进行电镜扫描实验，获得合金的微观组织形貌，并利用EDS分析实验对合金中的各个不同相进行点扫描，以获得髙熵合金元素在不同的相中的原子百分比情况。
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（3）通过以上实验数据，分析Ti、Si含量变化对合金微观组织的影响。
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2.文献综述
2.1多主元高熵合金的定义
以中国台湾学者叶均蔚为首的一批材料学者，在经过大量实验，掌握了大量
数据的前提下，于1996年首次提出了新的合金设计理念，即多主元高熵合金，也称为多主元高混乱度合金。
一般把多主元高熵合金定义为：由n(≥5)种金属或金属与非金属，以等摩尔比或是近等摩尔比(各组元原子百分比不超过35％)经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。如下式所示： ·为n个主要元素的[n元合金系统]：5≤n≤13； ·每个主要元素的原子百分比：5％≤9l≤35％； ·每个次要元素：n≤％。
2.1.1固溶体混合熵
在热力学上，熵(entropy)是代表一个物质系统的混乱度的参数，如果混乱
度越大，熵就越大。一个物质系统中的原子振动组态、电子组态、磁矩组态、原子排列组态等都会影响系统的熵值，其中原子排列组态的影响最大，如果忽略其它组态对熵值的影响，则系统的熵以原子排列的混合熵为主。混合熵也称组态熵，组态熵随着合金中组元的组合方式的不同而不同，其反映合金中组元的组合方式，例如二元固溶体、空位固溶体与有序固溶体等组元组合方式不同，其组态熵也不同。熵(S)是热力学几率，组态熵 △S=KlnW。计算热力学几率，实际上是一个计算组合的问题，下面以二元置换固溶体为例进行计算。
设固溶体晶格中一共有N个结点，被A平EIB两类原子完全占据，一个结点上只能容纳一个原子，这两类原子的数目分别是NA和NB，现在计算这两类原子填充到结点上的组态数目。NA个结点被A类原子充填后，余下的NB个结点由B原子占据，此时只有一种组合，所以求两类原子的填充组合实际上是求NA个原子占据N个结点的组合数，即
W?CN?NAN!NA!NB!23
一般N很大，例如1摩尔原子的晶体中，N就是阿夫加德罗常数6.0225×10，所以
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计算阶乘时可以采用斯特林(Stirling)近似公式，即 lnN!=NInN-N 故组态熵为
? Sm?kln
N!NBNN?NBN?Nk[ln?ln]NA!NB!NNBNN?NB如果用摩尔分数表示成分，则上式为
?Sm??NkcBlncB?(1?cB)ln(1?cB)-1
-1
式中，Nk=R=8．314J·mol·K，即气体常数；cB——摩尔分数，cB=NB/N。
cB与（1-cB）都是小于1的正数，故它们的对数都是负的，所以组态熵?Sm
为正值。
进一步推广，当固溶体由几种原子组成时，其组念熵?Sm(或混合熵?Smix)为
Smix=-R(c1lnc1+c2lnc2+??+cnlncn) 当c1=c2??=cn，会得到很高的混合熵。
?
2.1.2高熵合金的界定
如果合金的组元都是等摩尔比例，则根据式(1．5)，合金的混合熵随着合金主元的个数的变化而变化的趋势如图1-1，可见，随着合金元素个数的增加，合金的混合熵增加。台湾学者发现当合金的主元个数n≥5时，合金生成固溶体，不易出现金属问化合物，认为合金的混合熵起着很大的作用，所以用混合熵来划分合会世界。根据式(1．5)，若合金组元都是等摩尔比，则每摩尔的合金的混合熵S=Rlnn，n为主元个数，所以二、五主元合金的混合熵分别是：0.693R、1.61R，只有一个主元的合金的混合熵应该小于0．693R，而五主元以上的合金的混合熵大于1．61R。以0.693R和1.61R为界线，可以把全部合金分为三大类，即低熵合金、中熵合金与高熵合金，以1个元素为主的合金为低熵合金，2～4个元素为主的合金为中熵合金，5个主元以上(包含5个)的合金为高熵合金，见图2-2
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图2-1合金的混合熵随合金主元个数的变化而变化趋势图
2-2以熵划分的合金示意图
2.2高熵合金的制备方法
2.2.1电弧熔炼+铜模铸造法
实验室规模制备块体高熵合金最常用的方法是电弧熔炼附加铜模铸造，合金的熔化采用电弧熔炼方法，合金熔体在快速凝固使会出现样品表面收缩现象，造成样品表面不够光滑。熔炼时，将原料放入熔炼炉的铜坩埚内，由于组成高熵合
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