基于相形成判据和大数据体系的高熵合金设计

简要介绍高熵合金的发展和其相形成判据。针对高熵合金的大数据体系提出一种新的设计形式,设计并研究了一种新的高熵合金。结果表明： AxByC(100-a-b-x-y)DaEb的设计形式比起以往的伪二元系合金形式,如 AxBCDE,更加符合大数据体系的要求。提出的设计方法能够直观快捷的从高熵合金大数据体系中筛选出预期的合金成分。设计的高熵合金,AlCoCrFeMo0.05Ni2,与目标合金相符,且在700℃下有很好的应用前景。     

FCC结构高熵合金的析出强化研究进展

高熵合金是近年来涌现出的一种新型合金,突破了以一种或者两种元素为主、少量添加元素为辅的传统合金设计理念。作为高熵合金体系一个重要分支—FCC结构的高熵合金,具有高损伤容限、良好的抗辐照能力、高耐磨、耐腐蚀性能等一系列优异的性能,可以作为理想的工程结构材料。然而,FCC结构高熵合金强度-塑性不匹配严重制约了其工程应用。研究表明,析出强化可以有效提高FCC结构高熵合金的强度,产生优异的强度-塑性匹配性能,各国学者相继开发出大量的高性能析出强化高熵合金体系。本文主要介绍了FCC结构高熵合金的析出强化研究,包括非共格析出相和共格析出相,着重介绍了研究现状以及强韧化的影响机制,并对未来高熵合金析出强化研究进行了展望。     

高熵合金的变形行为及强韧化

高熵合金是近年来涌现出的一种新型金属材料。不同于传统合金设计以1种或2种元素为主添加其它合金元素为辅的方案,高熵合金由多种元素以等原子比或近等原子比的成分组成,具有独特的原子结构特征,因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能。自高熵合金被首次报道以来,目前已经研发出了一系列的高熵合金体系,在物理、化学、热力学性能方面显示出独有的优势,尤其在力学行为方面显示出高强、高硬、耐磨、耐蚀、抗高温软化等优异的性能,在国际学术界引起了广泛的关注和研究兴趣,已经成为新的研究热点。本文从高熵合金变形机理研究存在的挑战出发,主要综述了高熵合金的力学性能和变形行为特点,已经提出的强韧化方案及相关机理,并对未来高熵合金变形行为的研究进行了简单展望。     

高熵合金的发展及工业应用展望

高熵合金是近十几年来出现的一类新型金属材料,通常由5种或5种以上的元素以等原子比或近等原子比构成,形成以固溶体相为主的组织结构。高熵合金概念的提出,突破了传统合金的设计理念,极大拓展了合金设计的空间。由于具有大晶格畸变、高混合熵、原子缓慢扩散和"鸡尾酒"效应等多重效应,高熵合金显示出高强度、高韧性、高硬度、异常优异的低温韧性、优异的耐腐蚀和抗辐照等独特性能。通过对高熵合金目前研究现状的系统总结,探讨了高熵合金作为一种新型结构材料在核能和石油工业等多个领域极端服役条件下的应用前景,着重分析了高熵合金在钻杆接头耐磨带、抗腐蚀套管和高性能隔水管等油气开发关键构件应用的可行性。     

合金组元与含量对激光熔覆高熵合金涂层的影响研究综述∗

高熵合金被视为是近年来合金化理论的一次创新,打破了传统合金以一种或两种金属元素为主元的设计理念,将合金设计体系扩展到以五种及以上元素为主元的领域,由于能够组成高熵合金的元素种类繁多且含量可调,所以具有巨大的开发潜力。 激光熔覆技术作为一种先进的新型材料表面改性技术与装备维修技术,与高熵合金结合,可为该合金材料的应用开辟出新的空间。 通过对现有研究梳理,归纳总结激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能、硬度与摩擦磨损性能以及抗高温氧化性能的性能强化机理;概括分析常见高熵合金的组成元素及其含量变化,对激光熔覆技术制备合金涂层组织结构和性能的影响,为高熵合金涂层组元的选取提供借鉴参考。 最后指出激光熔覆高熵合金涂层在当前研究中的不足与仍需深入研究的问题,展望了高熵合金的应用前景与未来的研究方向。 系统梳理 Al、Ti、Nb、Mo、Ni、Si、B、C 等合金化元素对激光熔覆技术制备高熵合金涂层组织结构和性能的影响规律和作用效果,为激光熔覆高熵合金涂层的合金分成设计提供理论指导。     

轻质高熵合金的研究进展与展望

高熵合金是一种具有优异物理化学性能的新型合金,其中含有轻质元素的轻质高熵合金具有较高的比强度和比硬度及耐蚀性能等突出特点,其潜在的工程应用价值引起了人们的关注。因此,本文详细阐述了轻质高熵合金的研究现状,归纳了轻质高熵合金的组元设计规则与方法,分析了轻质高熵合金的微观相结构,总结了高熵合金的各种性能,探讨了轻质高熵合金目前存在的问题,并提出了轻质高熵合金的发展趋势。     

高熵合金制备方法进展

多主元高熵合金对传统的多元合金设计理念是一种新的突破,具有不同于传统合金的组织和性能。阐述了高熵合金的特性,介绍了近年来国内外关于高熵合金制备方法的研究现状及特点,以提高高熵合金的优良性能,拓宽其应用领域。     

激光熔覆高熵合金涂层摩擦磨损性能的研究进展

高熵合金凭借特有的合金设计理念和优异的性能,在工业生产中具有巨大的应用潜力,并已成为研究学者关注的焦点。概括了高熵合金的设计准则和性能特性。激光熔覆作为一种新型的表面工程技术,为高熵合金的工业应用开辟了新的空间。同时,重点阐述了激光熔覆高熵合金涂层摩擦磨损性能的研究进展,并展望了激光熔覆高熵合金未来的研究发展方向。     

高熵非晶材料及其增材制造技术研究进展

高熵非晶合金具有独特的物理、化学和力学性能以及更好的热稳定性,因而其制备技术成为国内外重要的研究热点之一. 然而利用传统技术制备高熵非晶材料时会产生晶粒粗大及材料浪费等缺点,难以满足工艺生产需要. 而增材制造技术的精准制造和快速冷却等特点可以解决这一问题,制备出各项性能优越的高熵非晶合金. 简要介绍了高熵非晶材料的研究体系和常用制造方法,着重阐述了高熵非晶材料的断裂强度、耐腐蚀性和热稳定性的研究,对增材制造技术的工艺特征和优势,以及利用增材制造技术制备高熵非晶合金的科学难点作出了总结. 结果表明,利用增材制造技术有利于获得致密均匀的高熵非晶材料,但对于非晶相形成的解释仅限于高熵合金4大效应.最后阐述了近年来利用常用的两种增材制造手段制造高熵非晶合金的研究,并对增材制造技术制备高熵非晶材料的发展趋势提出了展望.     

基于BP神经网络的铸态高熵合金成分-强度预报

对文献报道的铸态高熵合金的成分和压缩断裂强度进行统计,获得了铸态高熵合金成分(元素种类、含量)、强度(压缩断裂强度)的参数,分别以这些数据作为输入和输出,利用BP人工神经网络建立起其间的关系网络模型.研究表明:所建立的网络很好地反映出铸态高熵合金的成分-强度之间的关系并且具有较好的精度,网络模型可用来预测不同成分铸态高熵合金的压缩断裂强度.该网络对铸态高熵合金的体系设计具有有效的指导作用.     

轻质高熵合金的研究进展

目前以一种或两种金属元素为主元的传统轻质合金在工业应用上有诸多局限性,如铝合金室温强度低、镁合金室温塑性和耐腐蚀性差且不易加工等。2004年叶均蔚首次正式提出高熵合金概念。高熵合金概念的提出为轻质合金的发展提供了新方向。区别于传统轻质合金,轻质高熵合金具有多种主元元素且混合熵较高,往往倾向于生成简单固溶体相。且轻质高熵合金表现出四大显著效应,即热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的晶格畸变效应及性能上的"鸡尾酒"效应。独特的晶体结构和特性,使得轻质高熵合金具有传统轻质合金无法比拟的优点,如高强度、高硬度、优良的高温抗氧化性和耐腐蚀性能等。综述了轻质高熵合金的研究现状,阐述了轻质高熵合金的组元设计、制备方法、微观结构及合金性能,分析了轻质高熵合金现存的问题,并对轻质高熵合金未来的发展趋势进行了展望。     

FeMnCoCr系亚稳高熵合金的研究进展

高熵合金是一种原子排列有序,化学无序的新型多主元合金。通过改变合金元素的种类和浓度,能够调控合金系统层错能及显微组织的相稳定性,进而诱发形变孪晶、马氏体相变等塑性变形机制,最终使合金获得突出的综合力学性能。这种高熵合金的设计理念称为“亚稳工程”。亚稳高熵合金的显微组织、相结构及变形机制与合金体系的层错能密切相关。在FeMnCoCr系亚稳高熵合金中,随着系统层错能降低,面心立方结构稳定性下降,从而激活应变诱导马氏体相变(γ→ε),实现了合金强度和塑性的同时提高。本文主要介绍了FeMnCoCr系亚稳高熵合金的成分设计、制备及加工方法、微观结构和力学性能,并对亚稳高熵合金未来的研究方向进行了展望。     

CoCrFeNiNbx高熵合金的研究进展

近十几年来,作为一种研究热门的新型合金,高熵合金已获得了材料界广泛的关注.其中,以等原子比CoCrFeNiMn合金为原型,已报道大量力学性能优异的fcc结构的高熵合金.近几年,由于其优异的铸造成形性能与综合力学性能,共晶高熵合金也逐渐得到科研人员的重视.本工作选取CoCrFeNiNbx合金体系,以析出强化型高熵合金和共...     

FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究进展

高熵合金的多主元特征,使其在变形过程中表现出多种变形机制的协同作用,因而表现出优异的性能。与传统合金相比较,对高熵合金中多种变形机制调控的可能性更大。研究发现,微结构及其演变将直接影响合金中的变形机制,通过“微结构-变形机制-性能”这一设计思路,在高熵合金中引入多变形机制并调控其激活顺序成为今后研究高熵合金的重点。本文对FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究现状进行了综述,总结了高熵合金中常见的几种变形机制,并对高熵合金中变形机制的研究进行了展望。     

难熔高熵合金的强韧化途径与调控机理

在众多高熵合金中,由5种或5种以上的难熔金属元素,按照等原子比或者近等原子比混合形成的难熔高熵合金,凭借稳定的相结构和优异的高温性能,在高温材料领域具有广阔的应用前景。本文从难熔高熵合金的研究现状出发,综述典型难熔高熵合金的微观组织和相组成、室温和高温力学性能、强韧化机理与力学性能调控,并对未来难熔高熵合金的研究开发进行展望。首先,将难熔高熵合金按照组成相进行分类,分析了难熔高熵合金的微观组织和相组成,然后总结了难熔高熵合金的室温和高温力学性能与强韧化机理,并讨论了3种不同的强韧化方案,即化学成分调控、工艺调控和相结构调控。最后对未来难熔高熵合金的发展进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议：借助计算机等技术,模拟与计算材料的性能与形成相,构建难熔高熵合金的研究平台与数据库;借助组合实验方法,加快筛选新的难熔高熵合金;掌握自上而下和自下而上的实验方法,探究性能优异的新型难熔高熵合金体系。     

高熵非晶合金成分体系特点及其综合性能研究进展

为了解决严苛环境下长期服役的重型装备敏感损伤失效等问题,开发新型性能优异的工程材料已迫在眉睫。高熵非晶合金是近年来备受学者关注的一种新兴的结构和功能材料,它以其特殊的成分设计理念,兼顾了传统非晶合金的结构优势与高熵合金优异的综合性能。尽管其诞生至今仅十余年,但其相关研究工作已取得了长足进步。鉴于此,本文简述了高熵非晶合金的概念与历史,归纳了影响高熵合金相稳定性的因素及其相形成规律,总结了现有高熵非晶合金成分体系及其主要特点,重点阐述高熵非晶合金的室温力学性能、锯齿流变行为和耐摩擦磨损性能的最新研究成果,并对高熵非晶合金的热稳定性研究进展进行概述,最后对其未来研究趋势与应用前景进行了展望。     

耐事故燃料组件用PVD高熵合金涂层研究进展

由于高熵合金涂层较高的表面硬度、更好的耐腐蚀性能,尤其是抗辐照性能优越,可被用于耐事故燃料组件的表面防护。物理气相沉积技术能够在不损伤基体力学性能的前提下制备出结构致密、界面结合强度高的涂层材料,是理想的燃料组件表面高熵合金涂层制备技术。本文综述了近年来面向耐事故燃料组件用PVD高熵合金金属及陶瓷涂层的研究进展,从耐事故高熵合金涂层的服役工况、成分设计、性能分析、涂层失效机制等方面分析了现有PVD高熵合金涂层体系性能及潜在的问题,提出应从工况条件下的涂层腐蚀劣化机制、结构组元设计、工程化PVD制备工艺等方面完善耐事故用PVD高熵合金涂层的研究,以期获得满足ATF应用的高熵合金涂层。     

合金元素增强高熵合金结构和性能的研究综述

论述了高熵合金的理论,综述了合金元素以不同形式对高熵合金的晶体结构和性能的影响。最后,总结出当前研究中存在的不足,借此提出建议及展望。     

磁控溅射制备高熵合金薄膜研究进展∗

作为新兴合金材料,多主元高熵合金打破了传统合金中主要组成元素为一种或两种的合金设计理念,由至少五种主要元素构成,从而获得的高熵效应使其在性能上往往比传统合金具有更大的优势,如高硬度、高强度、抗高温氧化、耐腐蚀等。 近年来,高熵合金薄膜的性能及制备技术同样备受学术界和工业界的关注。 磁控溅射薄膜制备技术具有成膜温度低、膜层致密、结合力好等优点,已逐渐应用于高熵合金薄膜的制备及性能研究,具有非常大的工程应用前景。 介绍直流、射频、离子束及脉冲磁控溅射的特点及其在高熵合金薄膜中的应用,重点分析不同磁控溅射技术下制备的高熵合金薄膜的相结构特点和规律,并系统地阐述薄膜优异的各种性能,最后展望磁控溅射技术制备高熵合金薄膜发展的方向。     

高熵合金相形成规律与合金设计

根据高熵合金相形成规律和合金设计研究的进展,概括了两类高熵合金的设计方法:参数计算法和计算机模拟法。参数计算法中详细介绍了混合焓、混合熵、原子半径差异、电负性差异等各参数对高熵合金中固溶体相、拓扑密排相、非晶相和共晶高熵合金的形成规律以及价电子对固溶体的晶体结构影响和性能的影响规律及合金设计方法。计算机模拟方法中概括了第一性原理计算、分子动力学和相图模拟3种方法在高熵合金设计中的应用。