溶胶凝胶自燃烧法合成高熵合金开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

人类的文明进步始终伴随着各种材料的进步，而金属材料的开发与研究一直扮演着极其重要的角色。从青铜器时代到铁器时代，再到当今的建筑交通、航空航天、军用设备等，都与金属材料有着密不可分得联系。在实际生产生活中应用较多的往往是各种合金，传统的合金一般是以一种金属元素为主元，通过加入少量其他合金元素达到所需要的某些特定性能，如增加强度、提高耐腐蚀性等。然而，传统的合金体系一直没有挣脱以一种金属元素为主元的束缚，这使得合金种类的开发遇到了瓶颈，在传统合金设计理论的指导下，已经很难再创造出新的合金系统。针对合金体系的研究趋近于饱和的现状，台湾学者叶均蔚于1995年率先提出新的合金设计理念多主元高熵合金，这对传统的多元合金设计理念是一种突破。[1-3]

多主元高熵合金的制备超出了传统合金以一种或两种元素为主元的设计理念，这种合金通常包含5种及以上的组元，且每种元素的原子比例在5%-35%之间。经过合理的元素选择和成分设计，高熵合金可同时拥有多种优异性能，如高硬度、高强度、抗高温蠕变、耐高温氧化、耐腐蚀和磁电特性等。高熵合金在凝固后不仅不会形成数目众多的金属间化合物等复杂相，反而会形成结构简单的体心立方或面心立方结构固溶体甚至非晶相，这种简单结构的形成是由于多主元合金的高混合熵抑制了金属间化合物和其他复杂相的形成。目前，关于高熵合金的基本规律和特点，即所谓的四大效：热力学上的高熵效应；结晶学上的晶格畸变效应；动力学上的迟滞扩散效应；性能上的“鸡尾酒”效应。由于其相组成及微结构的可鉴定性及单纯性，高熵合金如同传统合金一样，是一个可分析、可了解的合金领域。[1]

为了满足科技发展对材料性能越来越高的要求，多种的制备方法被用来提高材料的性能。高熵合金发展到现在，从最初使用真空电弧熔铸法制备，发展到现在已具有多种制备方法。制备方法具体如下 [2-8]：（1）熔铸法。通过放电电弧加热使样品熔化，再采用水冷铜模对样品进行快速冷却凝固，这种方法制得合金倾向于形成纳米晶甚至非晶,材料具有较高的强度和硬度。张力等利用非自耗真空熔炼炉熔炼法制备出了alnitimnb，alconicrfe，cunicrfe-，tinimn-，alnicucr五种不同体系的高熵合金并对其性能与结构进行了研究。王春伟等采用wk型非自耗真空熔炼炉在氩气保护下熔炼制备alcocrcufeni高熵合金，研究了该合金铸态微观组织和相结构并测试了该合金硬度。（2）涂层法。由于高熵合金具有传统合金不可比拟的高硬度，为了充分发挥高熵合金的应用潜力，使用涂层法在基体材料上喷镀一层高熵合金涂层是一个比较值得推广的应用。主要包括磁控溅射法，电磁波溅射法，热喷涂法等等。黄祖凤等利用co2横流激光器制备外加wc颗粒的高熵合金复合涂层fecocrnicu，研究了外加颗粒的含量对涂层组织结构及硬度的影响。研究发现，高熵合金涂层在wc含量不同时相组成仍是简单的面心立方fcc和体心立方bcc两相.随着wc含量逐渐提高，体心立方相含量逐渐增加，面心立方相含量逐渐减少。在激光熔覆过程中，外加颗粒wc完全溶入fcc相和bcc相中,其他复杂碳化物并未生成。（3）机械合金化法。合金粉末在高能球磨机或研磨机中，粉末颗粒与磨球之间经长时间激烈的冲击碰撞，粉末颗粒反复产生冷焊断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而实现固态合金化。印度学者svaralakshmi在2007年首次利用机械合金化方法制备了alfenicrzncu高熵合金，在之后的研究中还制备出conicoalznti高熵合金。该合金具有简单的bcc结构，晶粒尺寸小于10nm。（4）电化学制备法。一种制备微细高熵合金粉体的办法，使用金属盐作为前驱体，采用电化学的工艺，沉积制得纳米级合金粉体，这类粉体由于粒径很小，具有十分优异的软磁性能。姚陈忠等采用恒电位电化学沉积法制备出fe13.8co28.7ni4.0m 22.1bi14.9tm16.5非晶态高熵合金薄膜，所得薄膜表面呈颗粒状结构且具有软磁性，ar气保护下经晶化处理可得到具有单一的立方晶型结构。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

高熵合金粉末材料的制备工艺：①选择合适的高熵合金体系，以金属硝酸盐、柠檬酸为主要原料，采用溶胶-凝胶工艺，制备均匀性好的凝胶；②通过凝胶在管式炉内的自燃烧反应得到均匀性好、颗粒细小的高熵合金粉末；③研究络合剂的选择、燃料和氧化剂的比例、ph值的调节、点燃温度等工艺条件对合成产物的结构、形貌和粉末特性的影响，获得优化的粉末制备条件。

高熵合金粉末材料的相关测试表征：对粉体进行结构表征和性能测试，通过xrd、tg-dta、tem、sem、xps等表征手段对高熵合金粉末进行相分析、微观形貌分析以及热分析，获得粉末的特征参数以及自燃烧过程。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第3－4周：按照设计方案，研制均匀性好的凝胶，并获得颗粒细小的高熵合金粉末。

第5－12周：研究在溶胶凝胶过程中络合剂、燃料和氧化剂的比例、ph值等工艺条件和自燃烧反应中热解温度，对合成粉末结构、特性的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张勇.非晶和高熵合金[m].北京:科学出版社,2010:67-81.

[2]杨晓宁,邓伟林,黄晓波等.高熵合金制备方法进展[j].hotworkingtechnology,

2014,43(22):30-33.