以五元主要元素以上設計的新合金-高熵合金，已漸受國內外矚目。基此理念，美國空軍實驗室在2010年開發以耐火金屬元素所組成之耐火高熵合金，並證實耐火高熵合金WNbMoTa及WNbVMoTa於高溫下之強度優於鎳基超合金，至1600ºC仍有400 MPa的強度，但兩合金在室溫下為脆性斷裂。接著，他們以較輕的Ti、Zr替換W、Mo，製備出HfNbTaTiZr合金，此合金在室溫下壓縮延性大於50%以上，但其高溫軟化較快。
雖然HfNbTaTiZr密度較輕且具極佳的室溫延性，但卻有耐火元素先天抗氧化性不佳的缺點，而限制其高溫的應用性。先前實驗室研究在耐火高熵合金中添加鋁來增加抗氧化能力，在AlxHfNbTaTiZr耐火高熵合金系統中，Al0.5HfNbTaTiZr不論在機械性質或抗氧化性質都有不錯的表現。因此本研究以此合金為基礎，設計不同耐火高熵合金系統以及添加變量的Si作為實驗合金，探討Si的添加對此耐火高熵合金微結構、機械性質及抗氧化性之影響。
研究結果發現不同耐火高熵合金系統以及不同Si添加量的合金其晶體結構皆為簡單 BCC固溶相，而隨著Si含量的增加，矽化物的峰值開始出現。微結構為典型的樹枝狀結構，但隨著Si的添加樹枝間相有更多的共晶矽化物形成。合金經過1400ºC均質化12小時後，未添加Si的合金可以完全消除偏析的樹枝狀結構，但添加Si的合金均質化無法消除共晶矽化物，整體來說均質化後合金由於部分強鍵結元素固溶回基地相而使硬度有所提升。在高溫抗氧化方面，在1100ºC以及1300ºC氧化試驗結果都顯示隨著Si含量的增加，抗氧化能力有明顯的提升，但1300ºC高溫下無法形成較緻密氧化層，氧化速率甚快。均質化處理對合金抗氧化能力並沒有明顯提升作用，其氧化機制與鑄造態相似。在壓縮試驗方面，隨著Si的添加合金在室溫下的強度有所提升，但延性相對減少。而700~1100ºC整體強度亦有所提升，且抗軟化能力增加。整體而言，添加適量的Si進入合金中在密度、室溫及高溫強度、延性及抗高溫氧化的能力有最佳的綜合表現。

誌謝 1
Abstract I
摘 要 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XVIII
壹、 前言 19
貳、 文獻回顧 22
2.1 鎳基超合金發展與應用 22
2.2 耐火合金 24
2.2.1 鈮合金[45] 26
2.3 高熵合金[46] 29
2.3.1 開發背景 29
2.3.2 高熵合金的特性 31
2.3.3 耐火高熵合金[35-39] 34
參、 實驗步驟 41
3.1 合金製備及實驗流程 41
3.1.1 合金設計 41
3.1.2 實驗流程 44
3.1.3 真空電弧熔煉 44
3.1.4 氧化增重試驗 44
3.2 機械性質量測 46
3.2.1 硬度量測 46
3.2.2 常溫壓縮試驗 46
3.2.3 高溫壓縮試驗 46
3.3 微結構觀察 48
3.3.1 掃描式電子顯微鏡 48
3.3.2 X-ray 繞射分析 48
肆、 結果與討論 50
4.1 晶體結構與基本性質 50
4.1.1 鑄造態合金之基本性質比較 50
4.1.2 均質化態合金之基本性質比較 56
4.2 微結構分析 60
4.2.1 鑄造態合金之微結構比較 60
4.2.2 均質化態合金之微結構比較 72
4.3 壓縮試驗 75
4.3.1 鑄造態合金之壓縮性質 75
4.3.2 均質化態合金之壓縮性質 109
4.4 氧化增重試驗 116
4.4.1 鑄造態合金之氧化試驗 116
4.4.2 均質化態合金之氧化試驗 163
伍、 結 論 176
陸、 未來方向 179
柒、 參考文獻 183

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