探索三种新型复合浓缩铝合金的相间形成

一群来自西班牙的研究人员开发了三种新型的复合物浓缩高熵铝合金，并使用Calphad方法研究了它们的相互作用，微观结构和机械性能。这项研究可在期刊Metals。

Study:Microstructure and Phase Formation of Novel Al₈₀Mg₅sn₅Zn₅X₅轻型复合物浓缩铝合金。Image Credit: Javier Ruiz/Shutterstock.com

The three new aluminum alloys exhibit high compression fracture strength of ~563 MPa, a high compression yield strength of ~420 MPa, and an elongation above 12%.

What are High Entropy Alloys?

高熵合金（HEAS）定义为在5至35个原子％之间的等摩尔或近似截然浓度中的五个或更多金属元件的合金。这些合金具有出色的机械性能，腐蚀氧化耐药性和磨损行为。这种方法的主要目标是通过减少吉布斯自由能形成稳定相位而不是脆性金属间化合物（IC）来稳定单相固体溶液（SS）。

HEAS由低密度元件（称为轻量级HEAS（LW-HEAS））组成，例如铝（Al）或钛（Ti）合金。基于AL的合金受到了极大的关注，尤其是在汽车和航空航天工业中，由于其轻巧，外观性和可加工性。

Equilibrium phase diagrams in function of temperature of the selected alloys (a) Al₈₀Mg₅sn₅Zn₅Ni₅;（b）al₈₀Mg₅sn₅Zn₅Mn₅（c）al₈₀Mg₅sn₅Zn₅ti₅。图片来源：Sanchez，J等人，金属

尽管在HEAS中获得单相SS的最初概念是最大化配置熵，但直到现在，只有Al₂₀Li₂₀Mg₁₀sc₂₀ti₃₀LW-HEA避免了脆性IC的形成并显示单相SS微结构。由于大量沉淀和/或溶液硬化，LWHES是坚硬的，脆的和强的多相材料。欧洲杯足球竞彩

这些合金也称为低密度多主体元件合金或轻质复合物浓缩合金（CCA）。可以使用Hume-Rothery标准和热力学参数研究HEAS中的SS相形成。这些参数通常包括在液相中混合的焓（ΔH_混合），原子尺寸差异（δ_r），鲍林电负性差异（Δχ）和ω参数。

关于研究？

在这项研究中，三个新型CCAS的饲养员。al₈₀Mg₅sn₅Zn₅Ni₅，al₈₀Mg₅sn₅Zn₅Mn₅和Al₈₀Mg₅sn₅Zn₅ti₅通过重力永久性模具铸造过程开发。首先，在感应炉内的氧化铝坩埚中融化。然后分别添加了含有75 wt的ni，80 wt。的al-ni，al-mn和al-ti的片剂，分别将ti的含量分别分别添加到其中。最后，将SN，MG和Zn添加到所有熔融合金样品中，并保持在776至795℃之间，持续10分钟，以达到完全溶解，然后倒入预热的钢模具中以获取锭。

SEM图像和EDS AS-Cast Al的元素映射₈₀Mg₅sn₅Zn₅Ni₅合金。图片来源：Sanchez，J等人，金属

观察

先前提出的限制性值是针对稳定含有低密度元件的合金的无序SS的稳定值为-1 kJ/mol≤ΔH_混合≤5kJ/mol，δ_r<4.5％，ω-参数> 〜10，并且Δχ≤0.175。

从开发的三种AL合金的测得的热力学参数来看，很明显的是，非常限制的值ΔH_混合在-1至5 kJ/mole之间避免在LW中形成IC，这是很难满足的。另外，只有al₈₀Mg₅sn₅Zn₅X₅system satisfies the proposed criteria ofδ_rbelow 4.5% andΔχ相等或低于0.175，形成SS，而所有获得的值的值Ω-parameter are very far away from the values considered favorable for the formation of SS in LWHEAs. The Al₈₀Mg₅sn₅Zn₅X₅system is lightweight than other similar Al-based alloy systems.

从HEAS中相形成的平衡相图和热物理参数中，所有合金都被发现由SS与ICS微结构的混合物组成。所有微观结构均由富含Zn和Mg的主要α-AL相组成₂snintermetallic phase, and an unanticipated hexagonal Zn phase.

含有Ni和Mn的Al-Aloys形成了棘突相，而Ti的添加形成了球状相。这反映在Al的更好的机械性能中₈₀Mg₅sn₅Zn₅ti₅alloy over alloys containing Ni and Mn. Also, Ni, Mn, and Ti affected the grain size of the alloys differently, the Mn-containing alloy has the finest microstructure followed by Ni-containing alloy and Ti-containing alloy.

这与AL的不同降水温度有关₃Ni, Al₆MN和Al₃TI阶段。合金的平衡相图显示了Al₃tiis the compound with the highest precipitation temperature of 1108 ℃.

该阶段在高温下的形成和生长不允许它充当谷物炼油厂，因为在商业铝合金中常见。相反，Al₃Ni降水温度为672℃和Al₆Mn with precipitation temperature of 749 ℃ is closer to the formation of the α-Al matrix (precipitation temperature around 610 ℃), thus they are more efficient as grain refiners.

SEM图像和EDS AS-Cast Al的元素映射₈₀Mg₅sn₅Zn₅MN5合金。图片来源：Sanchez，J等人，金属

结论

在这项研究中，通过标准的永久性霉菌重力铸造过程，用非常低的密度制造了三个新的基于AL的CCA。所有合金都被发现由SS与IC微观结构的混合物组成。与Al-Ti相比，Al-Ni和Al-MN相比AL-TI相更有效。

The formation of unexpected hexagonal Zn phase indicates the deviation between CALPHAD predictions and experimental results, which is attributed to partial oxidation of Zn during the fabrication process.

这项研究进一步表明，考虑了机械和摩擦学特性中不同热处理的作用。

Reference

Sanchez, J., Pascual, A., Vicario, I., Albizuri, J., Guraya, T., Galarraga, H., Microstructure and Phase Formation of Novel Al₈₀Mg₅sn₅Zn₅X₅轻型复合物浓缩铝合金。Metals,2021, 11(12), 1944。https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/1944

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