多主元高熵合金組織性能及塑性變形分析

賈彥軍

【摘 要】合金材料是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。目前，我國許多加工制造行業都會使用合金作為基礎原材料。其能夠彌補金屬材料自身的不足之處，比如，單一的金屬材料成本高，使用壽命短，受到潮濕空氣影響會發生腐蝕的問題等等。因此，合金材料的制作工作成為了目前相關材料制作行業的重點研究方向。而多主元高熵合金是現階段合金當中的主要類型，本文就結合這種合金材料的組織結構及相關性能進行分析，并介紹合金塑性變形的原理及操作方法。

【關鍵詞】多主元高熵合金;組織性能;塑性變形

中圖分類號： TG139 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）22-0052-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.022

高熵合金是一種超級固溶體合金，無法區分溶質和溶劑組元，一般由五種或五種以上金屬或非金屬元素經過熔煉或其他方法組成。同時，在制作過程中還涉及到對等摩爾比或近等摩爾比計算公式的應用，我國目前在這種合金的制作及應用方面已經取得了一定的成效。

1 分析多主元高熵合金的組織結構及性能

1.1 組織結構

要想對多主元高熵合金材料的組織結構進行分析，首先就需要保證相關工作人員具備專業的操作能力，并制定科學合理的實驗操作方案，對合金材料的主要構成成分進行詳細的分析。在掌握組織結構成情況的同時，還可以研究如何優化合金的制作方法及流程，提高制作效率，保障制作質量，促進材料制作行業的穩步發展。

1.1.1 相應的計算公式

合金在合成之后之所以硬度比較高，質量比較好，是因為技術人員使用了專業的計算公式，保證了各個金屬材料的用量和用法設置的合理性。一般來說，按照傳統合金理論，當一種合金中含有多種主要元素時會導致很多脆性金屬間化合物的出現，而惡化合金的機械性能。然而，相關企業在研究中發現，多主元高熵合金不僅不會形成數目眾多的金屬間化合物反應，反而會形成簡單的體心立方或面心立方相。這是因為高的混合熵在高熵合金形成簡單顯微結構中起到關鍵作用，在這個環節當中就涉及到對計算公式的應用，具體的公式為：ΔGmax=ΔHmax-TΔSmax。這是提升合金性能穩定性的關鍵所在，需要相關工作人員引起重視。

1.1.2 納米化與非晶化

高熵合金不僅會形成簡單結構，還會形成納米相以及非晶相，多主元高熵合金中納米晶和非晶是原子擴散和重排被抑制后產生的結果。高熵合金熔化時，元素混亂排列成為液體。凝固為固相后，由于多元素的擴散及再分配，晶體的形核率及生長速度降低，有利于納米相的形成。

1.2 性能特點

總結這種合金材料的實際應用情況可以看出，基于其融合了多種金屬材料的性能特點，相比于單一的金屬材料來說，其在整體結構的穩定性方面強度更高。金屬材料在使用過程中由于自重的問題通常設置的比較薄，但是越薄就越脆，容易折斷。同時，金屬材料自身不具備形變特點，不能根據實際需求靈活改變形狀。而多主元高熵合金可以在材料制作過程中根據人們的需求設置成不同的形狀，并且，基于合金屬性特點，其表面更加光滑。還可以通過設置保護膜的方式，避免合金材料與空氣長期接觸而導致生銹問題的出現。因此，這種合金材料目前已經被廣泛地應用于工業、建筑業及其他行業領域當中。比如，磨具、刀具和高爾夫球桿頭等工具的制作，航空航海材料以及鍋爐中耐熱元件材料等領域都涉及到對這種合金材料的應用。

2 介紹多主元高熵合金塑性變形情況的影響因素

塑性變形指的是通過外部作用力的影響讓材料的形狀發生改變，但其自身的性質不會發生變化。一般來說，塑性變形工作屬于一次性操作，操作完成后無法復原。因此，在實際對多主元高熵合金進行塑性變形操作時，一定要制作好相應的工作計劃，分析出影響塑性變形情況的相關因素，并保證各項操作數據的準確性。

2.1 金屬的硬度問題

首先，塑性變形的主要影響因素就是合金當中金屬材料的硬度問題。硬度過低或者過高都會影響塑性變形的效果，尤其是在人們對于合金材料的形狀有特殊要求時，必須要重點關注金屬的硬度問題。這個檢測工作需要通過操作專業的檢測設備來完成，主要檢測的是合金的顯微組織硬度，通常需要保持在600～900HV。對金屬硬度的調整有兩個方法，一個是更換基礎的金屬材料，一個是對金屬材料的含量進行調整。技術人員應當結合具體硬度變化情況進行分析，達到塑性變形的目的。

2.2 自然因素的影響

多主元高熵合金的塑性變形還會受到自然因素的影響，尤其是環境溫度問題，一般金屬合成的工作是在高溫狀態下完成的。而如果加工環境溫度與自然溫度之間的溫差較大，則在合成前及合成后，材料都會受到溫度變化的影響而導致變形質量無法滿足設計需求。力的作用是相互的，在塑性變形過程中，各個金屬及非金屬材料之間也會產生相互的作用力。要想完成塑性變形工作，相關技術人員就必須要解決這些問題。

2.3 人為因素的影響

人為因素指的是員工自身的制作能力和素質存在問題，工作狀態馬虎，而導致塑性變形工作受到了不良影響。尤其是基于合金合成的工作流程較為復雜，需要有健全的監督管理機制作為支持。如果監管工作不到位，就容易導致制作過程出現安全風險，進而使塑性變形工作出現問題，影響合金產品的銷售量，對經濟效益造成嚴重的影響。

3 多主元高熵合金制作過程的關鍵技術及注意事項

在實際制作多主元高熵合金時，還涉及到一些關鍵技術的應用問題，需要相關技術人員引起重視。

3.1 合金制作的注意事項

不同的操作技術會對合金材料的應用效果產生不同的影響，因此，相關工作人員必須要進行技術分析，結合以往的工作經驗和新時期的技術發展情況綜合研究實際應當使用的技術手法。同時，相關企業需要對員工進行知識技能及個人素質的培訓教育工作，提高合金的制作質量，消除項目運行過程中的風險問題。并且，企業需要在制作工作開始之前，做好經濟預算工作，分析實際所需的資金數量，對合金合成數據的準確性及合成工作的可行性進行分析。最后，還應當關注于合成工藝的創新問題。提升員工的創新意識及能力，促進材料制作業的穩步發展。在這個問題上，企業還需要結合市場對合金材料的實際需求設定相應的工作目標。