多主元高熵合金组织性能及塑性变形分析

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　　【摘 要】合金材料是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。目前，我国许多加工制造行业都会使用合金作为基础原材料。其能够弥补金属材料自身的不足之处，比如，单一的金属材料成本高，使用寿命短，受到潮湿空气影响会发生腐蚀的问题等等。因此，合金材料的制作工作成为了目前相关材料制作行业的重点研究方向。而多主元高熵合金是现阶段合金当中的主要类型，本文就结合这种合金材料的组织结构及相关性能进行分析，并介绍合金塑性变形的原理及操作方法。
　　【关键词】多主元高熵合金;组织性能;塑性变形
　　中图分类号： TG139 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）22-0052-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.022
　　高熵合金是一种超级固溶体合金，无法区分溶质和溶剂组元，一般由五种或五种以上金属或非金属元素经过熔炼或其他方法组成。同时，在制作过程中还涉及到对等摩尔比或近等摩尔比计算公式的应用，我国目前在这种合金的制作及应用方面已经取得了一定的成效。
　　1 分析多主元高熵合金的组织结构及性能
　　1.1 组织结构
　　要想对多主元高熵合金材料的组织结构进行分析，首先就需要保证相关工作人员具备专业的操作能力，并制定科学合理的实验操作方案，对合金材料的主要构成成分进行详细的分析。在掌握组织结构成情况的同时，还可以研究如何优化合金的制作方法及流程，提高制作效率，保障制作质量，促进材料制作行业的稳步发展。
　　1.1.1 相应的计算公式
　　合金在合成之后之所以硬度比较高，质量比较好，是因为技术人员使用了专业的计算公式，保证了各个金属材料的用量和用法设置的合理性。一般来说，按照传统合金理论，当一种合金中含有多种主要元素时会导致很多脆性金属间化合物的出现，而恶化合金的机械性能。然而，相关企业在研究中发现，多主元高熵合金不仅不会形成数目众多的金属间化合物反应，反而会形成简单的体心立方或面心立方相。这是因为高的混合熵在高熵合金形成简单显微结构中起到关键作用，在这个环节当中就涉及到对计算公式的应用，具体的公式为：ΔGmax=ΔHmax-TΔSmax。这是提升合金性能稳定性的关键所在，需要相关工作人员引起重视。
　　1.1.2 纳米化与非晶化
　　高熵合金不仅会形成简单结构，还会形成纳米相以及非晶相，多主元高熵合金中纳米晶和非晶是原子扩散和重排被抑制后产生的结果。高熵合金熔化时，元素混乱排列成为液体。凝固为固相后，由于多元素的扩散及再分配，晶体的形核率及生长速度降低，有利于纳米相的形成。
　　1.2 性能特点
　　总结这种合金材料的实际应用情况可以看出，基于其融合了多种金属材料的性能特点，相比于单一的金属材料来说，其在整体结构的稳定性方面强度更高。金属材料在使用过程中由于自重的问题通常设置的比较薄，但是越薄就越脆，容易折断。同时，金属材料自身不具备形变特点，不能根据实际需求灵活改变形状。而多主元高熵合金可以在材料制作过程中根据人们的需求设置成不同的形状，并且，基于合金属性特点，其表面更加光滑。还可以通过设置保护膜的方式，避免合金材料与空气长期接触而导致生锈问题的出现。因此，这种合金材料目前已经被广泛地应用于工业、建筑业及其他行业领域当中。比如，磨具、刀具和高尔夫球杆头等工具的制作，航空航海材料以及锅炉中耐热元件材料等领域都涉及到对这种合金材料的应用。
　　2 介绍多主元高熵合金塑性变形情况的影响因素
　　塑性变形指的是通过外部作用力的影响让材料的形状发生改变，但其自身的性質不会发生变化。一般来说，塑性变形工作属于一次性操作，操作完成后无法复原。因此，在实际对多主元高熵合金进行塑性变形操作时，一定要制作好相应的工作计划，分析出影响塑性变形情况的相关因素，并保证各项操作数据的准确性。
　　2.1 金属的硬度问题
　　首先，塑性变形的主要影响因素就是合金当中金属材料的硬度问题。硬度过低或者过高都会影响塑性变形的效果，尤其是在人们对于合金材料的形状有特殊要求时，必须要重点关注金属的硬度问题。这个检测工作需要通过操作专业的检测设备来完成，主要检测的是合金的显微组织硬度，通常需要保持在600～900HV。对金属硬度的调整有两个方法，一个是更换基础的金属材料，一个是对金属材料的含量进行调整。技术人员应当结合具体硬度变化情况进行分析，达到塑性变形的目的。
　　2.2 自然因素的影响
　　多主元高熵合金的塑性变形还会受到自然因素的影响，尤其是环境温度问题，一般金属合成的工作是在高温状态下完成的。而如果加工环境温度与自然温度之间的温差较大，则在合成前及合成后，材料都会受到温度变化的影响而导致变形质量无法满足设计需求。力的作用是相互的，在塑性变形过程中，各个金属及非金属材料之间也会产生相互的作用力。要想完成塑性变形工作，相关技术人员就必须要解决这些问题。
　　2.3 人为因素的影响
　　人为因素指的是员工自身的制作能力和素质存在问题，工作状态马虎，而导致塑性变形工作受到了不良影响。尤其是基于合金合成的工作流程较为复杂，需要有健全的监督管理机制作为支持。如果监管工作不到位，就容易导致制作过程出现安全风险，进而使塑性变形工作出现问题，影响合金产品的销售量，对经济效益造成严重的影响。
　　3 多主元高熵合金制作过程的关键技术及注意事项
　　在实际制作多主元高熵合金时，还涉及到一些关键技术的应用问题，需要相关技术人员引起重视。
　　3.1 合金制作的注意事项
　　不同的操作技术会对合金材料的应用效果产生不同的影响，因此，相关工作人员必须要进行技术分析，结合以往的工作经验和新时期的技术发展情况综合研究实际应当使用的技术手法。同时，相关企业需要对员工进行知识技能及个人素质的培训教育工作，提高合金的制作质量，消除项目运行过程中的风险问题。并且，企业需要在制作工作开始之前，做好经济预算工作，分析实际所需的资金数量，对合金合成数据的准确性及合成工作的可行性进行分析。最后，还应当关注于合成工艺的创新问题。提升员工的创新意识及能力，促进材料制作业的稳步发展。在这个问题上，企业还需要结合市场对合金材料的实际需求设定相应的工作目标。 　　3.2 关键技术的应用
　　目前，在多主元高熵合金的制作工艺上，应用比较普遍的技术手段主要有以下几种。
　　3.2.1 电弧熔炼
　　由于金属的熔点通常比较高，因此，在实际进行金属合成工作时，必须要准备好相应的机械设备。同时，还需要选择出合适的熔炼方式。电弧熔炼指的是能在电极与电极、或电极与被熔炼物料之间产生电弧来熔炼金属的电热冶金方法。其操作方式相对较为简单，但是必须要做好防护措施。尤其是涉及到电能的应用问题，要做好安全检查及绝缘保护。针对于这个技术的应用方面来说，还存在许多需要优化的环节。比如，技术人员用该方法获得的铸件具有如下缺点：具有大晶粒组织，定向性结晶，难于合金化。因而，铸锭中各个区域的成分不一致。目前，相关技术人员主要可以通过使用二次熔解及热处理的方法来解决这些问题。
　　3.2.2 喷涂技术
　　金属材料的采购成本相对比较高，而且会对存储质量有一定的要求。出于對经济成本的考虑，企业本着节约资源的态度，选择了喷涂方式来为合金材料制作封层。这种方法可以在合金材料目前的性能优势基础上，提升材料的抗氧化能力。并且经过实验可以发现，喷涂后的合金材料色泽度饱满，耐磨能力提升。目前，这种技术方法下的合金材料在我国有着十分广阔的销售市场。
　　3.2.3 固态合金化
　　这项技术主要指的是通过专业的机械设备来对金属材料进行研磨加工的一个过程，由于其不涉及到化学反应，因而不会改变材料自身的性质，只是改变了材料的形态。这也是在涉及到对合金材料进行塑性变形问题之前，相关技术人员会选择的一种操作方式。近期，印度应用固体合金化技术制备了Al Fe Ni Cr Zn Cu高熵合金。相关技术人员应当积极借鉴其成功的经验，不断完善自身具体的操作技术。
　　3.3 制作流程
　　3.3.1 具体流程
　　在具体的合金制作流程当中，企业首先需要选择好相应的金属及非金属材料，可以对材料的不同搭配方式进行实验研究。从中选择出经济成本相对较低，合金整体质量较高的方式开始制作。其次，需要检查制作设备的运行状态，定期对设备进行清洗、保养和维修检查等工作。确保运行的安全与稳定，在合金材料合成之后，还需要做好质量检测工作，确保材料符合国家相关的规定。并记录相应的工作数据，积极研究有效优化工作流程的可行方式。
　　3.3.2 优化研究
　　从整个制作流程来看，多主元高熵合金的制作工作是一个融合了物理操作与化学操作的高难度材料制作技术。因此，相关材料制作企业必须要规范自身的制作流程，明确制作工作的相关注意事项。在具体对制作流程的优化研究方面，企业可以借助于信息技术手段建立相应的网络工作平台。结合多主元高熵合金的具体金属材料种类、含量、组织结构、性能特点以及影响塑性变形的相关因素进行分类，整理相关的数据信息，建立健全的组织结构体系。然后可以构建网络互动交流的平台，与其他企业分享工作的经验，掌握工作的难点所在，全面消除运行过程中的安全风险。
　　4 结论
　　在多主元高熵合金的制作过程中，相关技术人员必须要了解不同金属材料的组织性能，并结合具体的制作需求分析采用哪种技术手段能更好地将这些金属熔合起来，从而达到制作合金的目的。在这里还需要了解合金材料成分分配的计算公式，关注于经济成本问题及合金的使用性能问题。从材料自身硬度、人为因素及自然因素的角度分析如何提高合金材料的塑性变形质量，满足市场的多样化需求。相关企业应当规范员工的操作行为，建立健全的监管结构体系，不断总结工作经验，优化工作流程，从而促进材料制作行业的经济稳步发展。
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