Abstract
傳統合金的開發，主要以一種元素或兩種元素為基地相，再添加其他元素以改良合金的特性。合金設計及選擇的理念，仍未脫離以一種元素及化合物為主的概念。有鑑於傳統合金系統的發展侷限在一個主要元素或兩個主要元素的架構中，合金發展面臨瓶頸。本實驗室提出“多元高熵合金”設計觀念，希望藉此新觀念能開發出更多性質特殊的新合金。本實驗根據以往的研究，發現高熵合金具有高硬度及耐高溫的特性，此特殊性質有應用於刀具與模具的潛力，而刀具與模具最重要的性質之一是擦損(Abrasive Wear)磨耗，所以本實驗以研擦損磨耗為研究主題。本實驗以AlWCrCuFeCoNi (W=0.5、1.0、2.0)高熵合金為出發點，發現W=0.5時，磨耗阻抗最佳。所以，本實驗設定以Al0.5CrCuFeCoNi高熵合金為基礎合金，分別添加V、Si、Ti等不同元素，研究不同含量的V、Si、Ti元素，對高熵合金微結構與磨耗性質之影響。基礎合金Al0.5CrCuFeCoNi為單純的FCC相，V、Si、Ti的添加均會促進BCC相的形成，V添加至1份時，有NiCoCr相存在，而Si含量在0.8份至1.4份時，有Cr3Si相析出，Ti的添加則會促進兩組BCC相形成。添加V、Si、Ti元素，微結構基本上可分為樹枝相與樹枝間相，隨著不同含量的V、Si、Ti，其樹枝相的微結構會有很大的變化，但樹枝間相基本上是維持FCC相與BCC相的共晶結構。添加V會使硬度上升的主要原因是細晶強化效應，且隨著細晶區域越來越多，硬度值會持續上升。Si的添加，使硬度上升的原因除了有序BCC相的出現外，Cr3Si相的析出也是主要因之一。因為Ti與Al一樣均屬於大尺寸原子，溶入晶格中有較大的應變能，使得固溶強化的效應上升，提高硬度。在擦損磨耗試驗中，發現高熵合金的磨耗性質與硬度並無直接關連，這與傳統觀念-磨耗阻抗與硬度呈正相關-相違背，所以高熵合金的磨耗阻抗應與其微結構有相當的關連。添加V的系統中，磨耗阻抗與樹枝相的大小，樹枝間相的量有關，因為樹枝間相屬於富Cu相，為較軟且磨耗阻抗較差的相。而Si的系統裡，磨耗阻抗的上升與Cr3Si相的析出有關。在Ti的系統中，添加Ti至1份時，磨耗阻抗為本實驗之最大值。