哈尔滨理工大学材料与化工硕士学位论文
AlNbTaTiZrMo难熔高熵合金组织与性能研究
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摘要
高熵合金是指由五种或五种以上等量或大约等量的金属元素组成的合金材
料，它的诞生为合金的研究开辟了新的思路，创造了新的合金体系。难熔高熵
合金作为高熵合金中的分支，是一种结合高熔点难熔元素的特殊高熵合金，往
往具有更高的熔点和更优异的性能；其室温与高温下分别呈现出高强低韧以及
高强高韧的力学特点，并具有较为出色的耐磨性能，具有应用于航空航天，汽
轮机等领域的巨大潜力。轻质化是制约难熔高熵合金更广泛应用市场的主要问
题之一，含有Al元素的难熔高熵合金是轻质化的合理解决办法。结合高熵合金
多组元合金的设计思路，为促进合金性能的进一步提高，有必要在确保难熔高
熵合金轻质化的同时，引入更高熔点的难熔元素；并且该领域主要目前主要集
中于铸态难熔高熵合金，对热处理态的研究还有所欠缺。
本文以发展较为成熟且性能较为优异的HfNbTaTiZr体系为基础，通过用密
度较低且与Nb、Ti原子半径相近的Al元素取代原本的Hf元素，并通过相预测
公式设计出的不等摩尔比的AlNbTaTiZr难熔高熵合金(R1)。采用真空电弧
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熔炼制备原始铸态R1合金，并在1473K下对该铸态合金进行固溶处理，获得
固溶态R1合金。通过X射线衍射与扫描电镜、透射电镜对难熔高熵合金的预
测的相组成进行验证，并对微观组织深入分析。研究发现，固溶处理后R1合金
中的第二相消失，并析出了B2有序组织。随后分别测量了铸态和固溶态难熔高
熵合金的硬度，测试了不同载荷下的摩擦磨损和不同温度下的热压缩性能，通
过扫描电镜观察磨损表面及断口的形貌，结合力学曲线综合分析，对固溶处理
对R1合金带来强化机理进行了探索。
在R1合金的研究基础上，对其添加一定摩尔量具有更高熔点、原子半径更
小的Mo元素获得AlNbTaTiZrMo难熔高熵合金(R2)，分别研究了R2合金
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在铸态及固溶态下的微观组织和力学性能，分析了固溶处理对R2合金组织和力
学性能的影响。探究了Mo元素的添加对R1合金性能的影响，研究发现，Mo
的添加促使铸态R2合金因“鸡尾酒”效应引起合金价电子浓度、晶粒尺寸和剪
切模量的改变，使得铸态R2合金的各项力学性能较铸态R1得到大幅度提升；
固溶态R2合金中并未出现固溶态R1合金中的B2有序组织，因此固溶态R2合
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金的室温压缩性能及摩擦磨损性能不及固溶态R1合金。
关键词AlNbTaTiZrMo；难熔高熵合金；微观组织；热压缩性能；摩擦
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磨损
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StudyontheOrganizationandPropertiesof
AlNbTaTiZrMoRefractoryHighEntropy
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Alloys
Abstract
High-entropyalloyreferstoalloymaterialscomposedoffiveormoreequalor
appro