- 突破傳統的新製程—往復式擠型法
- 21世紀新興材料--高熵合金
本實驗室為突破傳統合金製程的瓶頸,開發了往復式擠型法(reciprocating extrusion),並獲得七國專利。此特殊擠型法的優點為:
(1)可將晶粒、介在物、強化顆粒微細化並分散均勻。
(2)可大幅提高強度、伸長率、韌性,同時產生超塑性利於成形加工。
(3)適用於鋁合金、鎂合金、金屬基複合材料及電接觸材料。
往復式擠型法千錘百鍊的合金
本實驗室首創高熵合金(high-entropy alloys),跳出傳統以“一種元素為主“的合金概念,開發“多種主要元素“的新型合金。
傳統合金觀念 | 創新合金觀念 |
鋼鐵-------以鐵元素為主 鋁合金----以鋁元素為主 銅合金----以銅元素為主 |
以多種主要元素作成合金,不再是以一種金屬元素為主。例如:將Al、Co、Cr、Fe、Ni以等莫耳數熔煉即得五元等莫耳比高熵合金AlCoCrFeNi。 |
新觀念可產生多少種高熵合金? 等莫耳比合金是極端而又理想的代表, 等莫耳比合金可以是四元、五元、六元、七元、八元、九元、十元等。以七元等莫耳比為例,若由可相容的13種元素中任取七種,將可產生1716種合金;若再考慮非等莫耳比的組成,或添加微量合金元素作為改質,則高熵合金難以計數。 |
(圖一) |
(圖二) |
圖一為8種錢幣排列的高亂度狀態圖,模擬8種原子的高熵合金的原子排列狀態(非結晶性)。圖二以十種不同顏色表示不同元素的原子所排成的結晶示意圖,可看出每個原子的周圍都有晶格扭曲的現象。此圖中另畫有兩個空缺。 | ||
以理想氣體R為單位,合金世界可以混合熵劃分為高熵合金、中熵合金及低熵合金(即傳統合金)。 | 這是70 µm厚的Al5Cr12Fe35Mn28Ni20 高熵合金箔片,係經由熔解鑄造及連續冷輥軋而得,軋延延長率為4257 %,不需中間退火亦不會發生邊裂現象。 |
利用高熵合金觀念,將可發掘新合金、發現新現象、新原理、新應用:
高熵合金具有高強度、高硬度、抗腐蝕、抗氧化及光、電、磁、熱等特殊性。可能的應用包括需高硬度的耐磨耐溫耐蝕刀具、工具、模具、模仁、引擎材料、渦輪葉片、耐溫結構件以及功能性鍍膜、硬面處理、高電阻合金、低導熱合金、儲氫合金等。
傳統合金觀念未來研究方向 將更加強合金設計、微結構、性質及機制的研究探討,包括高強韌耐蝕高熵合金、耐火高熵合金、超硬合金、硬面高熵合金、功能性高熵鍍膜等,同時促進產業的應用。 |
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Al0.3CrFe1.5MnNi0.5高熵合金構件利用簡單的空氣爐加熱550°C 2 h,內外表面的輪廓即得均勻的硬化表層,厚度約74 μm,其硬化層硬度為 HV 1090,基材為HV 338,抗擦損磨耗為SKD61工具鋼(HV 520)及SUJ2軸承鋼(HV 723)的1.4倍。 |