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熱處理溫度對 Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-07-03  瀏覽次數(shù)：2866
相比于傳統(tǒng)合金，高熵合金的多主元特性使其具有四大效應，即高熵效應、遲滯擴散效應、晶格畸變效應以及“雞尾酒”效應。由于高混合熵能夠顯著降低自由能，有利于固溶體的形成，同時動力學上的遲滯擴散效應使得高熵非晶合金在加熱過程中原子擴散緩慢，從而趨向于形成簡單的面心立方(FCC)、體心立方(BCC)、密排六方(HCP)或者雙相結(jié)構(gòu)的固溶體相，甚至傾向于形成非晶結(jié)構(gòu)，這種獨特的成分和組織結(jié)構(gòu)特征使得高熵合金具有高強度、高硬度、耐腐蝕和耐磨等優(yōu)異的性能。相比于Fe基以及Co基非晶合金，高熵非晶合金具有緩慢晶化動力學特性及較高的熱穩(wěn)定性，同時擁有優(yōu)異的力學性能和磁學性能，是高熵合金領(lǐng)域的一大研究熱點。

中南大學周海濤等用不同溫度對Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金進行退火處理后分析其晶化行為和微觀結(jié)構(gòu)特征，為開發(fā)新型大塊金屬玻璃、改善非晶合金性能以及推動非晶材料的應用提供理論和實踐基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于2024年4月在《熱處理技術(shù)與裝備》上發(fā)表。

研究人員采用真空電弧熔煉爐在氬氣保護氣氛下熔煉Fe、Co、Ni、Si和B(純度＞99.9%)，反復熔煉5次以上確保成分均勻，得到名義成分為Co28Fe28Ni19Si13B12的合金錠。采用銅輥輪線速度為45m/s的單輥甩帶機制備寬度為6～6.5mm以及厚度為24～26μm的薄帶（圖1），采用差示掃描量熱法(DSC)、X射線衍射(XＲD)和透射電鏡(TEM)等檢測手段，詳細研究了該合金的晶化行為、熱穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu)（圖2-3）。通過對Co28Fe28Ni19Si13B12高熵非晶合金進行晶化行為以及微觀結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其晶化過程具有明顯的動力學效應。對其進行退火處理后，首先在非晶基體上析出BCC結(jié)構(gòu)的Co7Fe3相;隨著溫度升高，開始析出其他層片狀的金屬間化合物，析出晶粒的尺寸均屬于納米晶的范疇;當溫度升高至973K時，合金中BCC結(jié)構(gòu)的Co7Fe3相消失轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC結(jié)構(gòu)的(Ni，F(xiàn)e)相，晶粒進一步長大。使用Kissinger法和Ozawa法計算了合金不同階段的晶化激活能（圖4），兩種方法得到的計算結(jié)果基本一致，玻璃轉(zhuǎn)變激活能Eg分別為701、685kJ/mol，初始晶化激活能Ex分別為410、401kJ/mol，一次晶化峰值激活能Ep1分別為417、402kJ/mol，二次晶化峰值激活能Ep2分別為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較高的熱穩(wěn)定性。


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