高熵合金Fe-Co-Ni-Cr-Al-Mn (-0.1Mo)之高溫氧化與潛變分析研究

Abstract

一般傳統工業所應用之合金組成皆以二到三種主要元素為主，但高熵合金擴展了傳統合金以單一元素為主體的觀念，其主要組成為一種包含了四或五個以上主元素的合金系統。此種新穎的合金概念，將可以發展出無數種的未知性質之合金，部分合金可能因為具有特殊的顯微結構而有優異的機械及物理性質，值得學術及工業界開發研究。 經由先前研究可知，特定成分之高熵合金具有奈米級之顯微結構及許多優異的材料特性：例如熱穩定性、抗腐蝕性、抗高溫氧化性、抗潛變性等，這些優異的材料特性使得高熵合金的發展與應用備受矚目。此外，亦有研究顯示，多元高熵合金可藉濺鍍製成薄膜。由於高熵合金之各種電、磁、光等特性，將使高熵合金的運用更加廣泛。 本研究選定Fe、Co、Ni、Cr、Al、Mn六種元素作為實驗的合金系統，此外亦選用Mo作為微量添加元素，配製等莫耳（每一元素添加的莫耳數相等，稱為1份）合金與個別元素減半（稱為0.5份）的非等莫耳合金，並且亦以探究活潑元素鋁之含量對高熵合金特性之影響，配製不同Al含量的非等莫耳合金，作為比較。 由於此一領域甚廣，具有極豐富之研究價值及發展運用，本研究將僅針對FeCoNiCrAlMn 此六種合金元素所組成之高熵合金，進行700℃以上的高溫潛變性質及高溫氧化行為之研究。本研究先觀察此自配高熵合金之顯微結構並鑑定各相成份，並進行高溫潛變及高溫氧化試驗，觀察於高溫時此合金之顯微結構變化，並對其氧化層進行分析研究。 氧化試驗後由EDS分析氧化物表面型態及XRD繞射試驗分析中發現，氧化物生成物主要為Mn、Al及Cr氧化物，FeCoNiCrAlMn六元高熵合金鋁含量增加時，抗高溫氧化的效果明顯提升。 FeCoNiCrAl0.5Mn合金在700℃ 、800℃的潛變曲線，可看出相同溫度時，施加的應力越大，合金的抗潛變性隨之變化，溫度上升時潛變的壽命大幅下降、潛變破斷伸長量有明顯的上升，而由潛變破斷面的型態觀察，破壞型態幾乎為延性破壞，劈裂破壞並不明顯，是合金產生動態再結晶和晶粒形狀改變的結果。