经过深度低温处理的FeCoNi1.5CuCr高温合金的微观结构与微波吸收特性

《Journal of Alloys and Compounds》：Microstructure and Microwave Absorption Properties of FeCoNi1.5CuCr HEA Subject to Deep Cryogenic Treatment

　　

G.R. 李 | H. 赵 | H. 王 | J.Q. 廖 | H.M. 王

江苏省镇江市江苏大学材料科学与工程学院，212013，中国

摘要

研究了不同深度低温处理时间（12小时、24小时、36小时、48小时）对球磨FeCoNi_1.5CuCr高熵合金微观结构和微波吸收性能的影响。结果表明，随着处理时间的增加，粉末粒径逐渐增大，而晶粒尺寸先减小后增大；在36小时的低温处理后，平均晶粒尺寸减小到4.28纳米。低温处理显著改善了磁导率的虚部和磁损耗正切值；从0小时到36小时，这些参数逐渐增加，在36小时时达到最大值，分别为0.82和0.63。合金的饱和磁化和矫顽力先上升后下降。低温处理导致的高缺陷浓度产生了明显的极化效应。在8-18 GHz范围内，所有经过深度低温处理的样品的铁磁共振得到增强，通过磁导率的实部和虚部的协同优化，阻抗匹配得到改善，磁损耗增加，微波吸收性能提高，有效吸收带宽迅速拓宽。36小时的低温处理效果最佳。样品的反射损耗峰值为-40.5 dB，与原始研磨状态相比提高了107%；有效吸收带宽为5.1 GHz，增加了82%。

引言

高熵合金（HEAs）是由五种或更多主要元素组成的多组分合金系统[1]、[2]、[3]。由于其优异的机械性能[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、高温稳定性[9]、优异的耐腐蚀性[10]、[11]、[12]以及可调的电磁性能[13]，HEAs被认为是新型且有竞争力的电磁波吸收材料。Yuan等人[14]表明，通过调节FeCoNiAlTi HEA粉末的形态和相组成，FeCoNiAlTi HEA表现出优异的微波吸收性能，并提出了一种基于形态和相工程的可行双调控策略来设计先进的微波吸收材料。Duan等人[15]研究了FeCoNiCu_xAl HEAs的电磁性能；退火后，不同Cu含量的FeCoNiCu_xAl合金表现为具有高饱和磁化和低矫顽力的软磁材料。反射损耗（RL）达到-10 dB或更低，Cu_x=0.5时RL_min为-28.04 dB。尽管这些研究强调了HEAs在微波吸收方面的巨大潜力，但其有效吸收带宽相对较窄的局限性仍然存在。

包括电场[16]、[17]、电磁场[18]、[19]、[20]、低温场[21]、[22]、[23]和超声场[25]、[26]、[27]在内的物理场表现出独特的效果，可以显著影响各种材料。这些场具有低成本、减少污染、高效率和质量提升等优点[28]、[29]、[30]。它们在调节金属材料的微观结构和强度-韧性性能方面特别有效[31]、[32]，尤其是在HEAs的结构和组织调控中起着重要作用，影响相组成、缺陷密度和纳米沉淀相的排列[33]、[34]、[35]。深度低温处理（DCT）是一种有效的物理场辅助方法，可以细化晶粒、增加位错密度并提高金属材料的机械性能[36]。对于HEAs而言，这种处理预计会对结构和功能响应产生显著影响，最近关于HEA系统的位错和相组成研究也证实了这一点[37]。

在FeCoNiCuCr高熵合金系统中，Fe、Co和Ni确保了基体的强铁磁性，而Cr和Cu的引入可以有效调节晶格畸变程度和电阻率，为平衡控制磁损耗和介电损耗提供了成分基础。同时，FeCoNiCuCr系统在机械合金化和后续处理过程中容易形成单面心立方（FCC）固溶相；这种单相结构避免了在解释电磁参数时复杂多相系统的界面效应和相分离[38]、[39]、[40]。研究团队之前研究了研磨时间和脉冲强磁场固态处理对FeCoNi_1.5CuCr HEA粉末微观结构、电磁性能和波吸收性能的影响[41]，发现材料的制备参数和物理场下的固态处理参数都会影响HEAs的电磁和波吸收功能。基于此，本研究探讨了低温场对波吸收性能的影响，具体研究了DCT参数（处理时间分别为12小时、24小时、36小时和48小时）对FeCoNi_1.5CuCr粉末波吸收性能的影响，重点分析不同DCT时间下HEA的波吸收性能响应模式并优化处理时间参数。

章节片段

材料与方法

高纯度（>99.9%）的Fe、Co、Ni、Cr和Cu粉末按1:1:1:1.5:1的摩尔比混合，并放入氧化锆罐中。使用氧化锆球作为研磨介质，加入无水乙醇作为过程控制剂。氧化锆球与粉末的质量比为5:1，无水乙醇与粉末的质量比为1:1。研磨罐被抽真空后，在行星球磨机中进行机械合金化和研磨以制备FeCoNiCrCu HEA粉末。

晶体结构

图1显示了不同DCT时间后FeCoNi_1.5CuCr HEA粉末的XRD图谱；图1(b)是黄色虚线圈出区域的放大视图。图谱表明，无论是否经过DCT处理，HEA都由FCC相组成。随着DCT时间的增加，主要XRD峰逐渐向更高角度移动，峰强度先增加，然后减小，再增加。通常，衍射峰的相对高度反映了信息

结论

本研究采用了球磨的FeCoNi_1.5CuCr高熵合金（HEAs），对其进行不同时间的DCT处理（0小时、12小时、24小时、36小时和48小时），以研究处理时间对微波吸收性能的影响，得出以下结论：

(1)

随着DCT时间的增加，HEA粉末粒径逐渐增大，而晶粒尺寸先减小后略有增加。在36小时的DCT处理后，平均晶粒尺寸减小到4.28纳米；晶粒细化导致相

致谢

作者感谢江苏省研究生研究与实践创新计划（资助编号：KYCX24_3953）的财政支持。

利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。