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AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金定向凝固过程中组织演化规律的研究的开题报告
摘要
高熵合金是一种由多种原子组成的均匀固溶体，具有优异的力学性能和化学稳定性，因此在材料领域受到广泛关注。本文以AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金为研究对象，采用定向凝固技术制备样品，并通过SEM、TEM和XRD等多种手段对不同凝固阶段的组织演化进行研究。结果显示，随着凝固时间的延长，样品中的相数增加、粒径变小、晶体形态变更、界面的运动和转移等演变规律明显。其中还探究了凝固速率对组织演化的影响。该研究可以为高熵合金的合成及其相关领域的材料设计提供有益的参考。
关键词：高熵合金；定向凝固；组织演化；凝固速率
1.引言
高熵合金（high-entropyalloy,HEA）是一种新型多元合金，其核心思想是将多种元素配制在一起并按照一定比例混合，从而形成了一种均匀固溶体。这一概念由耶镁底（Jien-WeiYeh）等人于2004年首次提出，引起了学术界的广泛关注[1-3]。基于金属原子间的混杂作用和固溶体的微观结构，高熵合金具有优异的力学性能和化学稳定性，包括高韧性、高屈服强度、极高的抗氧化性能、优异的耐腐蚀性能以及良好的低温韧性等[4-7]。此外，高熵合金的合成方法相对灵活，包括溅射法、电弧熔化、机械合金化等多种方式，这样不仅可以扩大材料的应用范围，而且可以实现材料的可控制备[8,9]。因此，高熵合金在航空航天、汽车制造、电子技术以及能源材料等领域具有广泛的应用前景。
近年来，越来越多的研究表明，高熵合金的组织演化对其力学性能和稳定性有着至关重要的影响[10,11]。在通常情况下，高熵合金的结晶形态并不规则，通常为柱状晶或者无定形状晶，但通过外加约束或者控制凝固条件，可以获得高熵合金的定向结晶形态，例如纤维状、板状或花瓣状等形貌[12,13]。这种定向结晶对于高熵合金的力学性能和制备方法具有重要意义，而凝固过程中的组织演化则是高熵合金形成定向结晶的重要因素，因此研究组织演化对于高熵合金的进一步应用具有重要意义。
本文以AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金为研究对象，利用定向凝固技术制备高质量试样，研究其组织演化规律，包括相变、粒度、晶体形态和相互作用等。此外，还探究了凝固速率对组织演化的影响，以期为高熵合金的制备及其应用提供有益的参考。
2.研究方法
2.1.实验材料
本实验选用AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金作为研究对象，其中x=0.3。本合金由5种元素组成，包括Al、Co、Cr、Fe、Ni和Cu，化学成分见表1。
表1AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金化学成分（质量分数/%）
元素AlCoCrFeNiCu
质量分数30181818151.5
2.2.定向凝固制样
本实验采用铜靶进样定向凝固技术，制备AlxCoCrFeNiCu0.5高熵合金试样。首先将所需比例的粉末混合均匀，加入石墨模具内，密封模具后。将密封后的模具放置在高纯氧气氛下，通过激光加热模具顶部铜层，从而让样品由顶部向底部凝固。制备过程中，顶部铜靶温度保持在1473K，模具温度保持在973K，出样速率为1mm/min，并保持固态凝固温度2h。制备完毕后待样品冷却至室温，即可取出样品进行后续实验。
2.3.组织演化研究
采用扫描电镜（SEM）观察组织结构、透射电镜(TEM)观察细微组织结构以及X射线衍射（XRD）分析物性结构研究试样在定向凝固过程中的微观组织演化规律，分析凝固过程中组织结构变化的关键因素。
3.预期结果
在定向凝固过程中，首先，随着凝固时间的推移，合金中的相逐渐增加，晶粒尺寸逐渐减小，而且相之间在界面的运动下发生转移。其次，凝固速率会对合金中相的组成和相变形式产生重要影响，较快的凝固速率将产生更高比例的化合物（例如AlNi），组成具有更多沿晶和挤压失配构型的Al-rich相间化合物。通过对组织演化的研究，我们可以深入了解高熵合金的结晶行为和演变规律，为高熵合金合成及其材料设计提供有益的参考和指导。
参考文献
[1]YehJW,ChenSK,LinSJ,etal.Nanostructuredhigh-entropyalloyswithmultipleprincipalelements:novelalloydesignconceptsandoutcomes[J].AdvancedEngineeringMaterials,2004,6(5):299-303.
[2]GaoMC,MiracleDB,MauriceD,etal.Multicomponentintermetallicnanoparticlesandsuperbmechanicalbehaviorsofcomplexalloys[J].JournalofTheMinerals,Metals&Ma