AlCrFeNi2Cu高熵合金组织及性能x

为了分析Cu元素添加对高熵合金显微组织与微观性能的影响,采用真空电弧熔炼炉制备AlCrFeNi₂Cu_{=1.2,1.4,1.6,1.8)高熵合金,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度计和压缩试验机对高熵合金的显微组织和力学性能进行测试.结果表明,AlCrFeNi2Cu=1.2,1.4,1.6,1.8)高熵合金主要由简单FCC相(富Fe-Cr相)与BCC相(富Al-Ni相)组成.随着Cu含量的增加,FCC相数量增加,组织中枝晶变得致密,但当x增加到1.8时,晶粒又变得粗大起来.Cu元素主要富集于枝晶间,随着Cu含量的增加,Cu元素呈现聚集趋势并包裹着树枝晶,当x增至1.8时,上述偏聚包裹现象更为明显.高熵合金的压缩性能和硬度均随Cu元素的添加呈现先上升后下降的趋势.当x为1.6时,高熵合金综合性能最佳,其抗压强度、屈服强度、塑性应变量和维氏硬度分别为2 256 MPa、891 MPa、35.6%和372 HV.x(x}x(x     

CoCrFeNiCu_2Sn_x高熵合金的微观组织与性能

利用铜模浇铸的方法制备了CoCrFeNiCu2Snx(摩尔比:x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)高熵合金,研究了Sn的含量对合金组织结构和性能的影响。利用XRD、SEM和EDS分析了高熵合金的相结构、微观组织和成分分布,测试了高熵合金的显微硬度和压缩性能。结果表明,当x=0.2,0.4和0.6时,CoCrFeNiCu2Snx合金的组织形貌没有发生明显的改变,但在合金中形成了一种Sn含量较高、新的FCC3结构相,合金由FCC1、FCC2和FCC3三种面心立方的相构成;当x=0.8和1.0时,合金的形貌依然为枝晶状,但FCC2结构相几乎完全转变为富Sn的FCC3结构相,合金中只有FCC1和FCC3两种结构相。合金的屈服强度和显微硬度随着Sn元素含量的增加而提高,当x=1.0时,合金的屈服强度和显微硬度均达到最高值,分别为1102MPa和391HV。     

AlCoCrCuFe高熵合金的组织结构与摩擦磨损性能

高熵合金突破传统合金设计思想,依靠近等摩尔比、不低于5种组元混合形成具有远低于平衡相所预测的相数和简单的固溶体结构,从而有可能冲破传统金属材料的性能极限。为了研究多主元合金元素的物相形成机理与显微组织结构对宏观摩擦磨损性能的影响,采用非自耗电弧熔炼技术制备了等摩尔比的Al Co Cr Cu Fe多主元高熵合金。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了Al Co Cr Cu Fe合金的物相结构、显微组织与摩擦磨损性能。研究发现:Al Co Cr Cu Fe高熵合金的显微组织为典型的树枝晶,由简单的BCC相和FCC相构成,且BCC相和FCC相的各衍射峰均普遍较宽。在干摩擦条件下,Al Co Cr Cu Fe/GCr15摩擦副的摩擦系数随摩擦时间增大呈先升高后降低再稳定的过程,其磨损机制由剥层磨损向氧化磨损转变,其平均摩擦系数为0.55,质量损失率为1.44%。结果表明:晶间为Cu元素富集区域;枝晶区域为调幅分解的网格层状结构;枝晶边界附近有纳米颗粒析出。Cu元素晶间富集主要是由于Cu与其他元素的混合焓、结合能力、互溶性、熔点等差异较大引起的;枝晶区域的调幅分解层状结构则主要是因为原子尺寸因素产生的共格应力与弹性交互作用抑制了组织长大;枝晶边界附近的纳米颗粒析出则由迟滞扩散效应、金属遗传性与工艺过程所决定。BCC相和FCC相衍射峰变宽是由于各组元原子半径差较大、各元素等摩尔比存在且混合焓不同、合金内部有较大残余应力以及晶粒尺寸小范围广所致。     

高熵合金Al_xFeCrCoNi微观组织与力学性能研究

为了研究Al含量对高熵合金AlFeCrCoNi微观组织和力学性能的影响,通过真空电弧炉熔炼制备出AlxFeCrCoNi高熵合金,采用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电镜对合金微观组织进行分析,利用维氏硬度计、拉伸试验机对合金力学性能进行研究.研究结果表明:随着Al含量的升高,强度和硬度不断提高,显微组织由胞状树枝晶转变为柱状树枝晶.当x=0.4时,高熵合金的性能最佳;当x=0.5时,出现了Al-Ni固溶体导致塑性下降,使材料从单一的面心立方晶格(FCC)转变为FCC和少量体心立方晶格(BCC).     

FeCrNiMnZr_x高熵合金组织与力学性能研究

Fe_(27)Mn_(27)Ni_(28)Cr_(18)高熵合金具有优异的耐腐蚀性和抗辐照性,但其屈服强度较低。为提高合金的强度,采用真空电弧熔炼炉制备了FeCrNiMnZr_x(x=0,0.02,0.03,0.07)高熵合金,并对其组织及力学性能进行表征分析。研究结果表明:FeCrNiMn合金的铸态组织由富Ni、Mn的FCC基体和富Cr的片状BCC相组成。当添加相对含量x=0.02的Zr元素时,FeCrNiMnZr_(0.02)合金中富Cr的BCC相呈短细条状或花边状,有少量小片状或短条状的Ni_(11)Zr_9化合物析出,合金强度和硬度同时升高,具有最佳的综合力学性能。随着Zr添加量的进一步增加,合金中富Cr的BCC相逐渐减少,而枝晶间析出的Ni_(11)Zr_9化合物量逐渐增多,形态也变为长链条状乃至完全网状,合金的屈服强度和硬度升高,但断后延伸率大幅下降。断口分析发现,随Zr含量增加,合金的断裂机制由以韧窝为主的韧性断裂逐渐转变为以解理台阶为主的脆性断裂。     

高熵合金Al_7Mg_(3.6)Cu_(1.2)Zn_7Ti_(1.2)的制备与组织结构分析

用真空电磁感应炉制备了一种以Al、Mg、Zn、Cu、Ti等5种元素作为主元素,摩尔比为35:18:35:6:6的高熵合金。结果显示,合金以一种HCP相和一种FCC1相为主,另外出现了少量的FCC2相。Mg元素和Ti元素不会共存于同一相中,且Al元素和少量的Zn元素在晶间偏聚,形成离异共晶。经过压缩力学性能测试,制备的Al7Mg3.6Cu1.2Zn7Ti1.2合金虽然脆性较大,但抗压强度较高,可以达到572.89 MPa。     

AlFeCuCrCoMo_x系高熵合金的组织性能

为了研究AlFeCuCrCoMo_x系高熵合金的组织性能,利用等离子弧堆焊方法制备了AlFeCuCrCoMo_x系高熵合金,并测试了其硬度、耐磨性与热膨胀性能.结果表明,高熵合金组织为枝晶和枝晶间组织.当Mo含量较低时,高熵合金主要组织为单一BCC结构.随着Mo含量的增加,其组织逐渐转变为BCC+FCC结构.当Mo含量为1. 5 mol时,高熵合金重新转变成简单BCC结构.随着Mo含量的增加,高熵合金的硬度和磨损量总体上呈现先升高后降低的趋势.当Mo含量为1. 5 mol时,高熵合金的硬度和磨损量达到最大.     

退火温度对共晶和单相Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金显微组织及硬度的影响

采用电弧熔炼法制备了4个铸态为FCC+B2共晶组织和B2单相的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金,分析了其相变点,并研究了600,800,1000℃下真空退火10 d对这些合金显微组织及硬度的影响.研究表明:AlCoCrFeNi2.1和Al0.75 Co1.25 CrFeNi合金的共晶反应温度分别为1344℃和1359℃.600～1000℃退火10 d对AlCoCrFeNi2.1高熵合金的显微组织无明显影响;而随着退火温度的增加,Al0.75Co1.25CrFeNi合金中共晶组织的两相层片间距增加.随着Al含量的增加,AlxCo2-xCrFeNi合金的B2相稳定性增加,合金的固相线温度明显升高,显微硬度也明显增加.铸态为B2单相的AlCoCrFeNi合金加热到605.7℃以上会转变为组织细小的FCC+B2+σ三相;继续加热到906.8℃以上,σ相消失,FCC相呈大块状分布.而Al1.75Co0.25CrF-eNi合金需要加热到982.4℃以上才会分解为两种不同成分的B2相.实验发现:退火温度越高,合金的显微硬度越低,这些合金在800℃以下都具有较高的硬度.     

高强度Ti-Ni-Nb合金的制备与压缩性能

采用铜模铸造法制备了直径为2 mm的三元Ti90-xNixNb10(x=30,33,36)系列合金.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及压缩试验等方法研究了合金的相结构、显微组织和力学性能.结果表明:Ti-Ni-Nb系合金由Ti2Ni块体相和NbNi3枝晶相组成.随着合金元素Ni的增加,NbNi3枝晶相逐渐增多,Ti2Ni相逐渐减少.力学性能表明,随着Ni含量的增加,其合金断裂强度不断增加,当Ni含量为36 at.%时,合金Ti54Ni36Nb10的断裂强度达到了1950 MPa,且其塑性变形量约为1.5%.     

FeNiMnCuC0．2Alx高熵合金结构及性能研究

通过高频感应加热在真空下制备FeNiMnCuC0．2Alx（x=0、0．1、0．2、0．5mol）高熵合金,对固溶处理后的试样进行结构及性能研究。结果表明,FeNiMnCuC0．2Alx高熵合金具有简单的面心立方结构;添加少量Al（x=0．1、0．2mol）能细化FeNiMnCuC0．2Alx高熵合金晶粒,但x=0．5mol时,晶粒又变得粗大;初生树枝状晶富含Fe、Ni元素,Mn、Cu在枝晶间相内有所聚集,C、Al大体上均匀分布于两相中;x=0时,FeNiMnCuC0．2Alx高熵合金具有高的抗压强度（5218MPa）,x=0．1mol时,舍金抗压强度（4037MPa）和压缩率（〉75％）均较佳,随Al添加量的继续增加,合金压缩性能有所下降,x=0．5mol时,合金表现为脆性断裂。     

Zr元素对CoCrCuFeMn高熵合金组织及耐磨性能的影响

高熵合金突破以一种或两种元素作为基元的传统合金设计理念,以等摩尔比或近等摩尔比制备出具有简单相结构且综合性能优异的多主元合金,有望使金属材料的性能极限和应用空间得到进一步拓展。为了研究元素掺杂对合金物相结构、显微组织和耐磨性能的影响机理,采用真空熔炼法制备出等摩尔比的CoCrCuFeMn和CoCrCuFeMnZr高熵合金。利用XRD、OM、SEM、EDS、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了Zr元素添加前后CoCrCuFeMn合金的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性。研究发现：添加Zr元素后CoCrCuFeMnZr合金的物相结构由原来的两种FCC相转变为两种HCP相,显微组织明显细化,仍为典型的树枝晶结构。两种合金的摩擦曲线都呈现先增大后降低再稳定的变化趋势,添加Zr元素后合金的摩擦因数与质量损失率分别从原来的0.57、4.14%降低到0.47、0.49%,显微硬度从219.6HV提高到983.5HV。结果表明：合金相结构发生HCP转变主要与凝固过程中易于形成富含大原子半径Zr元素的粗糙固液界面和之字型为主的HCP位向关系有关。Cu在晶间区域富集的原因在于其熔点最低、电负性最大、原子半径仅次于Zr,且与除Zr外的所有合金元素均具有相应最大的正混合焓,故而使其在凝固最晚的晶间区域聚集。Mn元素偏析系数最小是由于其熔点仅高于Cu和具有除Zr外最大的电负性差,且与Co和Zr之间存在负的混合焓,而与Cu之间具有最大正混合焓,不利于其进行长程扩散和进入领先相的点阵格位所致。Zr元素添加使合金硬度和耐磨性大幅提高则是由于细晶强化、固溶强化和相结构转变所致。     

水平稳恒磁场下Cu-12%Fe合金的凝固组织

研究了施加磁感应强度1 T的水平磁场对Cu-12%Fe合金凝固过程中Fe枝晶形貌、XRD及显微硬度的影响.表明,施加1 T水平稳恒磁场后,Fe枝晶显著细化,这主要是由于洛伦兹力和热磁对流竞争作用的结果;XRD分析的结果表明,Cu（111）晶面和Cu（200）晶面所对应的峰值强度均明显大幅度增加;显微硬度的测试表明由于Fe枝晶的细化致使施加磁场后样品的显微硬度小幅度增加.     

放电等离子烧结制备CoCrFeNiTi_x高熵合金

针对铸态高熵合金存在缩孔、夹杂、偏析等问题,采用机械合金化与放电等离子烧结技术制备了CoCrFeNiTi_x(x=0~1.2)高熵合金,研究了Ti含量对合金组织结构和性能的影响。用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜对合金的组织结构进行了表征,测试了高熵合金硬度和压缩强度。结果表明:放电等离子烧结后得到的CoCrFeNiTi_x高熵合金主要为面心立方结构,同时有少量Laves相、σ相和R相生成;随着Ti含量的升高,晶粒尺寸减小。CoCrFeNiTi_x高熵合金的硬度与压缩强度均随着Ti含量的增加呈现出先增后减的趋势,当Ti含量x=1时高熵合金的硬度达到最大值670 Hv,Ti含量x=0.6时合金压缩强度达到最大值600 MPa。     

Al_xFeCoNi_(2.05)近共晶高熵合金组织和力学性能研究

为研究Al元素含量对Al_xFeCoNi_(2.05)(x=0.85,0.95,1.05)近共晶高熵合金组织和拉伸性能的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)观察合金的显微组织和断口形貌,采用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究Al原子含量对晶体结构的影响。试验结果表明:在该共晶系高熵合金中,Al元素为共晶形成元素。当Al元素含量为0.95时,合金具有由层片状L12相和B2相组成的完全共晶组织,其中富含Fe和Co元素的L12相为领先相,B2相富含Ni和Al元素。当Al元素含量为0.85时,合金组织为L12_(初生)+(L12+B2)_(共晶)组成的亚共晶组织;当Al元素含量为1.05时,合金组织为B2初生+(L12+B2)_(共晶)组成的过共晶组织。正是由于显微组织的差异,Al_xFeCoNi_(2.05)(x=0.85,0.95,1.05)合金的屈服强度由650MPa降低到450MPa和510MPa,而延伸率由12%大幅度增加到29%和27.5%。     

Ti元素对CrTeCoNiTix高熵合金组织及性能的影响

为了研究Ti元素对高熵合金的组织和性能的影响,采用放电等离子烧结方法制备了CrTeCoNiTix(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)多组元高熵合金。用OM、XRD和SEM等技术分析了合金的微观组织,测试了CrTeCoNiTix高熵合金的硬度、压缩强度及耐腐蚀性能。研究结果表明:不同Ti含量的高熵合金组织形态简单,物相主要为面心立方相。随着Ti含量的增加,高熵合金硬度逐渐增加,最大值达到672.59HV;压缩强度也随之增加,最大值为690.28MPa。在H_2SO_4中的耐腐蚀性随Ti含量增加而降低。     

Al_(0.3)CoFeNi-x合金显微组织与性能研究

为了探讨C和Cu元素对Al_(0.3)CoFeNi高熵合金微观组织及性能的影响,采用非自耗型真空电弧熔炼法制备了Al_(0.3)CoFeNi,Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1),(Al_(0.3)CoFeNi)_(99.9)Cu_(0.1)和(Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1))_(99.9)Cu_(0.1)4种成分的高熵合金。运用X射线衍射仪测量合金的晶体结构,采用扫描电镜和透射电镜观察合金的表面形貌和微观组织,利用万能试验机和维氏显微硬度计分别测试合金的压缩力学性能和显微硬度。试验结果表明:Al_(0.3)CoFeNi高熵合金为单一的FCC结构,分别添加1%C和0.1%Cu(原子百分比y/%)均未改变其晶体结构,但合金中析出了纳米相L12相,且0.1%Cu的添加会使L12相的尺寸减小。仅添加1%C时,L12相的颗粒尺寸约为30nm,再添加0.1%Cu后,L12相的颗粒尺寸减小到10nm。力学性能测试结果表明,(Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1))_(99.9)Cu_(0.1)合金的综合力学性能最好,其压缩屈服强度、抗压强度、压缩率和显微硬度分别可达为974MPa、2532 MPa、51.9%和511.7HV。     

AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金微观组织及力学性能研究

为明确AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金在铸态条件下的相组成、元素偏析以及室温力学性能,文中通过氩气保护真空电弧熔炼法制备了AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金。采用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)分别对该合金进行了物相分析、热稳定性分析以及组织分析。利用显微维氏硬度计测量了合金在室温下的硬度。通过电子万能试验机对合金进行了室温压缩试验。结果表明:铸态AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金除bcc相的衍射峰外,无其他相的衍射峰出现,说明合金主要由bcc相组成;在400～1 350℃范围内,合金无吸热或放热现象出现,合金未发生固态相变,具有较高的热稳定性;合金的铸态组织为典型的枝晶状凝固组织,可分为三个微观区域,富Mo-Nb-Ta枝晶心部区域,富Al-Zr枝晶间区域以及富Al-Ti-Zr的枝晶边缘过渡区域;合金室温下的平均硬度可达625HV,抗压强度约为2 100MPa。     

FeTiNbMoW高熵合金的组织和性能

为了研究一种能够吸收γ射线的含W合金的性能,按照等摩尔比设计了一种FeTiNbMoW五组元高熵合金.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、密度仪和万能力学试验机对合金的晶体结构、微观组织、成分、硬度、密度和压缩性能进行了分析.结果表明,FeTiNbMoW高熵合金组织由简单BCC固溶体基体和分布其上的少量金属间化合物组成.BCC结构的实际晶格常数为0.315 5 nm,组织形貌为典型枝晶组织.枝晶硬度和枝晶间硬度分别为830.05和793.04 HV.合金的实测密度为10.7 g/cm3,略高于其理论值10.21 g/cm3.室温下合金的抗压强度和对应塑性应变分别为604 MPa和3.19%.合金呈粉末性断裂,其断裂机制为解理断裂.     

单道激光熔覆Ni基合金涂层的组织与性能研究

采用10 kW高功率连续CO2横流激光器在Cr12MoV模具钢表面单道熔覆Ni60AA合金粉末,研究不同激光工艺参数对熔覆层组织和硬度的影响,利用光学显微镜观察熔覆层显微组织,并用自动转塔显微硬度计测量熔覆层显微硬度.结果表明：激光功率的大小对热影响区附近的显微硬度影响不大,扫描速度为400 mm/min时熔覆层次表层硬度可以达到856 HV0.2.熔覆层主要相组织是富Ni的γ-Ni奥氏体枝晶和多元共晶的混合组织,Cr,B等元素的碳化物硬质相弥散分布在基体上.     

热处理对CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金组织及性能的影响

为了研究CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金中第二相的分布及其对力学性能的影响,采用不同冷却方式对CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金进行热处理,研究了其在不同冷却方式下的微观组织及性能。结果表明:铸态CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金为FCC单相组织,1 000℃/4h热处理后形成第二相σ相(MoCr相),其显微结构为FCC+σ相两相组织,随着冷却速度的增大,CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金中σ相的相对量减少,σ相由晶内析出逐渐变为晶界析出,分布形态由晶内条状和晶界连续状转变为晶界处条状。热处理态CoCrFeMnNi-5%Mo高熵合金中形成的σ相具有第二相强化作用,其屈服强度和抗拉强度均显著提高,塑性没有明显的降低,断裂为微孔聚集形成的韧窝型韧性断裂。