高熵AlMnSiSnxTiZry機械合金粉末的微結構及性質之研究

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研究生：	藍天勇
論文名稱：	高熵AlMnSiSnxTiZry機械合金粉末的微結構及性質之研究
指導教授：	徐統陳瑞凱
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	84
中文關鍵詞：	高熵合金、機械合金
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本研究利用改變大原子Sn或Zr的莫耳比製備AlMnSiSnxTi 與AlMnSiTiZry 的機械合金粉末，以探討晶格扭曲對非晶質相形成所需球磨時間的影響。因Zr, Sn同為大原子，而Zr原子比Sn原子，在系統內與其他元素Al, Mn, Si, Ti有較大的混合放熱，所以也可探討混合焓效應對非晶質相形成所需球磨時間的影響。
在AlMnSiSnxTi系統中，由X光繞射分析顯示，機械合金法Sn的溶解度可達6.98 at. % (x = 0.3)，鑄造法小於2.44 at. % (x = 0.1)。x = 0 ~ 0.3的粉末在球磨過程中的相改變依次為(1)元素態，(2)元素與非晶質混合態，(3)非晶質態，(4)非晶質與fcc (a = 4.28 □，換算成硬球模型半徑為1.51 □)結晶混合態。在此過程中元素消失的順序，依次為Sn, Al, Ti, Si, Mn，大略遵循延展性好的元素先固溶的原則。添加Sn，以增大晶格扭曲，並無縮短得到非晶質相所需球磨時間的效果。x = 0 ~ 0.3的粉末，隨球磨時間增加，而有由非晶質相轉變成結晶相的相變化過程，為少見的現象。硬度量測顯示，結晶析出提升了合金粉末的硬度值。x = 0 ~ 0.3合金粉末在700℃熱處理後析出Al6Mn及一fcc固溶相(晶格常數為4.08 □，換算成硬球模型半徑為1.44 □)。
AlMnSiSnxTi (x = 0.1 ~ 0.3) 機械合金粉末DTA升溫時，在244℃出現Sn熔解，583 ~ 579℃有Al6Mn介金屬相析出，1010 ~ 1016℃合金粉末熔解。AlMnSiTi 機械合金粉末DTA升溫時，在646℃有Al6Mn介金屬相析出，998℃合金粉末熔解。亦即，在此成分範圍內Sn使Al6Mn介金屬相析出溫度下降，使合金粉末熔解溫度上升。
AlMnSiTiZry 系統與AlMnSiSnxTi系統行為類似。相較之下，AlMnSiSn0.3Ti合金形成非晶質相所需的球磨時間為36小時，而AlMnSiTiZr0.5合金則為12小時。後者形成非晶質相所需的球磨時間較短，可歸因於Zr在AlMnSiTiZry系統中的溶解度(11.1 at. %, y = 0.5)大於Sn在AlMnSiSnxTi系統中者(6.98 at. %, x = 0.3)。由於合金系統溶入較多的Zr原子可加大晶格扭曲，且混合放熱較大，這兩點都有助於非晶質相的形成。而Zr含量越多，所得的fcc相繞射峰越明顯，此與加Sn的系統不同，亦即，Zr有增強fcc相從非晶質相析出的傾向，Sn有抑制fcc相從非晶質相析出的傾向。
從12小時AlMnSiTi球磨試片DTA升溫實驗知β-Al6Mn介金屬相係由非晶質相析出而來。Sn則假設係由fcc固溶相析出而來。

致謝
摘要.....................................................Ⅰ
目錄.....................................................Ⅲ
圖目錄...................................................Ⅵ
表目錄...................................................Ⅸ
前言...................................................1
文獻回顧...............................................3
1. 非晶質合金..........................................3
2. 機械合金法..........................................5
3. 高熵合金............................................9
實驗方法..............................................14
1. 合金組成...........................................14
2. 合金製備...........................................14
3. 掃描式電子顯微鏡...................................15
4. X光繞射分析.......................................15
5. 穿透式電子顯微鏡...................................16
6. 微硬度量測.......................................16
7. 熱分析.............................................17
8. 熱處理.............................................17
結果與討論............................................21
1. X光繞射及微結構分析................................21
1.1. AlMnSiTi合金....................................21
1.2. AlMnSiSn0.1Ti合金................................22
1.3. AlMnSiSn0.3Ti合金................................24
1.4. AlMnSiSn0.4Ti合金................................25
1.5. AlMnSiSn0.5Ti合金................................26
1.6. AlMnSiSnTi合金.................................27
1.7. AlMnSiSnxTi合金系統鑄錠.........................27
1.8. AlMnSiTiZr0.1合金................................28
1.9. AlMnSiTiZr0.3合金..............................29
1.10. AlMnSiTiZr0.5合金...............................29
2. 硬度量測.........................................50
2.1. AlMnSiTi合金....................................50
2.2. AlMnSiSn0.3Ti合金................................50
2.3. AlMnSiSnxTi合金系統球磨100小時.................51
3. 熱分析及熱處理.....................................55
3.1. AlMnSiTi合金粉末球磨100小時....................55
3.2. AlMnSiSn0.1Ti合金粉末球磨100小時................56
3.3. AlMnSiSn0.3Ti合金粉末球磨100小時................57
3.4. AlMnSiSnxTi合金粉末球磨100小時.................59
3.5. AlMnSiTi合金球磨x小時..........................59
4. 自由粉末與冷焊於罐壁粉末之比較.....................74
5. 不同球磨時間與休息時間比之比較.....................74
6. 球磨溫度量測.......................................74
結論..................................................78
參考文獻..............................................81

                                

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