选区激光熔化成形的316L不锈钢点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能研究

目的 以选区激光熔化（SLM）成形的316L不锈钢点阵夹层结构为研究对象,研究单一、混合芯层对点阵夹层结构力学性能和能量吸收性能的影响,为轻质高强耐撞点阵夹层结构提供设计依据。方法 通过SLM成形技术,以316L不锈钢粉末为原材料,制备点阵夹层结构,利用扫描电镜对SLM成形的点阵夹层结构几何结构特征进行观察,利用准静态压缩实验对点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能进行研究。结果 在选定的SLM成形工艺参数下,SLM成形的点阵夹层结构芯层的连接杆表面存在一定的粗糙度且斜向连接杆的表面粗糙度比竖直连接杆的表面粗糙度大。在SLM成形的点阵夹层结构中,混合点阵夹层结构BFB和FBF的弹性模量分别为2 525.7 MPa和2 493.8 MPa,屈服强度分别为36.3 MPa和38.3 MPa,能量吸收分别为16 J和17.2 J,比吸能分别为1.21 J/g和1.36 J/g,其弹性模量、屈服强度、能量吸收和比吸能均优于单一BCCZ点阵夹层结构的。在准静态压缩过程中,BFB和FBF这2种混合点阵结构芯层的变形模式不同于单一BCCZ点阵结构芯层的。结论 与单一点阵夹层结构相比,2层BCCZ布置在...     

放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。     

具有BCC或FCC晶体结构的固溶体高熵合金设计

高熵合金最初报道于21世纪初期,该类合金具有较高的混合熵值,使其具有优异的热稳定性;较大的晶格畸变,产生了强烈固溶强化效果;较大的负焓值导致在晶粒内部形成团簇结构,有效阻碍了位错运动,进一步提高了合金强度。高熵合金独有的这些特性,使其在低温和高温条件下均有望表现出优异的物理性能和力学性能,引起了广泛的关注,研究报道呈爆发性增长。本文根据已有的BCC和FCC结构高熵合金物理-力学性能数据,分析了电子浓度、晶格常数、原子错配度、混合焓、硬度、弹性模量和归一化硬度等参数之间的关系,提出了BCC和FCC晶体结构的高熵合金弹性模量和硬度的经验计算公式,在此基础之上,综合考虑合金密度、塑性和服役工况等条件,提出了BCC和FCC结构的高熵合金成分设计方法。最后指出高熵合金的持久性能、大尺寸铸锭的成分和性能均匀性以及大尺寸合金锭的制备是高熵合金工程应用需解决的关键问题。     

增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法，获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件，进行了模态试验，有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明：减小胞元直径，减小面板厚度，提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比),胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。     

Si含量对氩弧熔覆AlCuFeNiCoSix高熵合金涂层组织及性能的影响

高熵合金具有独特的相结构和优异的性能。采用氩弧熔覆技术在Q235钢上制备AlCuFeNiCoSi_x高熵合金涂层,探究Si对AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织、硬度与耐磨性的影响。结果得出：高熵合金涂层仅由BCC和FCC相结构组成,并没有复杂相出现,随Si含量增加,BCC结构衍射峰强度先减小再增加,组织主要为树枝晶组织,随Si含量增加,枝晶组织先变成棒状枝晶,然后又变成细小致密且不均匀。涂层硬度先减小后增大,然后又减小,当x=0.75时硬度最高,达到62.5 HRC。加入Si含量0.75的涂层耐磨性比未加入Si涂层的提高了26.3%。     

高熵合金中的第二相强韧化

高熵合金是由多种元素以等原子比或近等原子比合金化所形成的一类新型金属材料。不同于传统的以一元或二元为主的合金设计思想,高熵合金颠覆性的合金设计理念使得其具有独特的原子结构特征,因而呈现出许多优异的力学、物理及化学性能。但其力学性能还有需继续提高之处,FCC结构的高熵合金通常塑性较好但强度偏低,而BCC结构的高熵合金强度较高但塑性较小。第二相强韧化已经被应用在高熵合金中以改善其强韧性,目前已经开发了大量高性能第二相强韧化高熵合金。然而,由于高熵合金独特的结构和性能特点,其强韧化行为特点和机制与传统合金并不完全相同。从高熵合金第二相强韧化的研究现状出发,简要介绍了高熵合金中的第二相种类及其强韧化机理,并对高熵合金第二相强韧化的研究进行了简单的展望。     

粉末冶金TiVNbTa难熔高熵合金的组织和力学性能

将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)相结合制备了难熔TiVNbTa高熵合金,研究了这种合金的机械合金化过程、相组成和显微组织,以及烧结温度和O、N含量对其力学性能的影响。结果表明:机械合金化后高熵合金粉末为BCC结构,放电等离子烧结成的块体高熵合金由BCC基体和FCC析出相组成,其析出相为TiN+TiC+TiO的复合物。烧结温度为1100℃的高熵合金具有良好的综合力学性能,压缩屈服强度达到1506.3 MPa,塑性应变为33.2%。随着烧结温度的提高,合金发生了从准脆性到塑性再到脆性断裂的转变。O和N含量的提高对高熵合金强度的影响较小,但是使其塑性显著降低。     

激光选区熔化技术制备高熵合金的研究进展（英文）

高熵合金的多组分特性使其具有许多传统合金无法比拟的优异性能.然而,高熵合金传统的制备方法仍存在一定的局限性.激光选区熔化(SLM)技术可以通过逐层沉积的方式实现复杂零件的精密成形.将SLM技术与高熵合金相结合,可以充分发挥高熵合金的性能优势.本文综述了SLM制备的高熵合金的显微结构和性能特征.由于SLM工艺存在高温梯度和高冷却速率,所以在SLM制备的高熵合金中通常会形成复杂的微观结构,包括胞状亚结构、析出相、层错和纳米孪晶.此外,独特的微观结构为高熵合金带来了优异的力学性能和其他功能,表明利用SLM技术制备高熵合金具有很大的发展潜力.此外,我们还简要介绍了SLM制备的高熵合金的微观缺陷及其应用.本文为高性能高熵合金的设计提供了有益的指导.     

热压烧结(FeNiCoCr)100-x Al x (x=0、5)高熵合金的微观组织及力学性能

采用低能球磨-热压烧结制备了(FeNiCoCr)_100-x Al _x (x=0、5)高熵合金,并对其进行时效处理,研究了合金的组织结构与力学性能。结果表明：烧结态及时效态合金的微观组织均由FCC相和少量BCC相构成,其中FCC相中均存在孪晶,且未添加Al的合金中孪晶比例相对较高;添加Al的合金中BCC相较高,且时效处理后出现了大量小角度晶界。时效态FeNiCoCr合金具有最佳的综合性能,其压缩真屈服强度达545 MPa,弯曲强度和断裂韧性分别为1342±20 MPa和32.5±2.0 MPa·m^1/2,优异的力学性能归因于FCC相中退火孪晶的形成以及BCC相的析出。     

Al_xFeCoCrNiCu(x=0.25、0.5、1.0)高熵合金的组织结构和电化学性能研究

研究了不同Al含量AlxFeCoCrNiCu(x=0.25、0.5、1)高熵合金的组织结构,探讨了Al含量对合金电化学性能的影响,并与304不锈钢进行对比。结果表明,制备的高熵合金晶体结构由简单的FCC结构转为FCC和有序BCC结构。与此同时,随着Al含量的增加,合金的硬度越大,从165HV提高到485HV。极化曲线表明,在0.5mol/L H2SO4溶液和1mol/L NaCl溶液中,高熵合金和304不锈钢相比,Al0.5FeCoCrNiCu合金表现出较好耐腐蚀性和抗孔蚀能力。     

AlxCrFeNi3Ti0.3高熵合金的微观组织、力学和摩擦学性能研究

为给Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金在摩擦磨损领域的应用提供技术支撑和理论支持，利用电弧熔炼技术制备了Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金，通过X射线衍射仪、维氏硬度计、摩擦试验机、万能试验机、三维轮廊仪、扫描电镜等研究了不同Al含量对高熵合金组织、力学与摩擦学性能的影响。结果表明：Al的加入使高熵合金由单一的FCC相转变为FCC和BCC两相共存，且两相均呈现出树枝晶结构。随着Al含量的增加，合金的密度降低，但合金的硬度、屈服强度和抗压强度显著增大，表现出优异的综合力学性能。Al的加入显著改善了高熵合金的耐磨性能，其中Al_1.2CrFeNi₃Ti_0.3高熵合金的室温耐磨性能较不含Al的高熵合金提高了约8倍，且合金的磨损机制由磨粒磨损转变为氧化磨损。其强度和硬度的提高以及磨损表面硬质氧化层的形成是合金耐磨性能改善的主要原因。     

高熵合金相形成理论研究进展

相对于传统的二元合金,多主元高熵合金(HEAs)通常由五种及以上元素组成,呈现出结构晶格畸变、原子缓慢扩散及组织高稳定性等特征。高熵合金作为材料研究领域的一种新型合金,极易获得热稳定性很高的固溶相和纳米结构,甚至可得到非晶相,其综合性能明显优于传统合金,因此,高熵合金具有很高的学术研究价值和工业应用潜力。材料的成分和组织决定了材料最终的性能,多主元成分设计使得高熵合金相组成较为复杂,如何通过理论计算相形成规律,从而准确地预测出给定成分高熵合金的相组成,对高熵合金材料设计至关重要。研究发现混合焓H_(mix)可对高熵合金中的相组成进行确定,但简单的混合焓参数已经不能满足多主元高熵合金相预测的准确性,更多参数在高熵合金发展进程中被提出。研究发现,原子半径差δ_r及熵/焓Ω(T_A)等参数可预测出高熵合金中的固溶体(SS)相和金属间化合物(IM)相,却无法预测固溶体的具体类型。然而,K_1~(Cr)(T_A)参数的补充提高了给定热处理温度下相预测的准确性,且热处理后SS相形成域的参数值变小,这表明IM相在热处理后形成了另一种相且影响了参数值;价电子浓度VEC判据可预测FCC、BCC型高熵合金的固溶体类型,但不适用于所有的高熵合金;电负性差ΔX可对大部分高熵合金(除含大量Al之外)的拓扑闭合相稳定性进行预测,且ΔX0.133时可预测出高熵合金中有拓朴闭合稳定相存在。为了更全面准确地预测高熵合金相组成,有学者提出了较为完善的CALPHAD计算机热力学相图预测模型,由于FCC比BCC结构的动力学效应大,采用CALPHAD方法预测FCC相组成精确性较差,但对BCC相的预测十分精确。而分子轨道理论仅用一个参数Md(合金化过渡金属d轨道的平均能级),就可以预测以镍基、钴基和铁基合金为基础高熵合金中固溶体与过渡金属所形成的TCP/GCP相。本文在传统合金相形成规律的基础上,通过对现有高熵合金相形成理论进行研究,阐明了高熵合金的相结构模型;总结出固溶体与金属间化合物,面心立方FCC、体心立方BCC和密排六方HCP结构的高熵合金,以及固溶体与第二相形成规律的理论预测模型;分析所有理论预测模型的优缺点,最终总结出一套较为完整的高熵合金相组成的预测流程,有利于初学者进行高熵合金的成分设计。     

激光熔覆FeCrNiCoCuAlx高熵合金涂层的耐腐蚀与抗冲蚀性能

采用激光熔覆技术在Q345钢表面制备FeCrNiCoCuAl_x(x=0, 1, 2, 3)高熵合金涂层。通过XRD,SEM及冲蚀磨损等实验方法研究高熵合金涂层的组织结构与性能。结果表明:随着Al含量的增加,高熵合金涂层由简单结构的FCC和BCC混合固溶体逐渐转变成全部的BCC结构,涂层的硬度也随之增大,最高可达580HV。在3.5%NaCl溶液中,涂层的腐蚀电流密度随着Al含量的增加先降低后提高,且当x=1时涂层具有最好的耐蚀性。冲蚀磨损实验表明,当冲蚀角度由90°减小到30°时,冲蚀磨损量不降反升,表现出韧性材料的冲蚀特征。涂层的抗冲蚀性能随着Al含量的增加而增强,且冲蚀磨损机制由锻造挤压转变为以微切削和犁削为主。     

碳对无Co高熵合金Fe_(40)Mn_(30)Ni_(10)Cr_(10)Al_(10)组织以及力学性能的影响

通过真空电弧熔炼成功制备了Fe_(40)Mn_(30)Ni_(10)Cr_(10)Al_(10)高熵合金,并添加5%(原子分数)的碳元素,研究了碳元素对该高熵合金的相结构、微观组织以及力学性能的影响。研究发现,Fe_(40)Mn_(30)Ni_(10)Cr_(10)Al_(10)高熵合金由FCC相和BCC相条状交错组成,并且BCC相区存在大量的纳米B2相。加入5%(原子分数)的碳元素后,合金中的BCC相和纳米B2相转变为FCC相,同时在晶界处产生大量的碳化物M_7C_3。由于碳原子的加入,合金的平均延伸率由18%提高到26%,而合金的抗拉强度变化不大,保持在730 MPa左右。     

Cr含量对CrMnFeNi系高熵合金腐蚀行为的影响EI北大核心CSCD

利用XRD,SEM/EDS,EBSD,电化学测试等表征手段研究Cr含量对Cr_(x)MnFeNi(x=0.8,1.0,1.2,1.5)高熵合金微观组织与耐蚀性能的影响。结果表明:Cr_(0.8)MnFeNi高熵合金为单相FCC结构,Cr_(x)MnFeNi(x=1.0,1.2,1.5)高熵合金为FCC+BCC双相结构,且BCC相比例随着Cr含量升高而增加。在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中,高熵合金的耐蚀性能随着Cr含量降低而增强,其中,Cr_(0.8)MnFeNi单相高熵合金的耐蚀性能最好,这是因为Cr_(0.8)MnFeNi高熵合金的成分更为均匀。此外,Cr_(x)MnFeNi高熵合金在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中均具有宽泛的钝化区域以及明显的伪钝化区域,表明合金在耐蚀性能上具有较大的研究价值和开发潜力。     

高熵合金FeCoNiTi的微观组织演变和强韧化行为

使用热力学软件设计了一种新型双相高熵合金(FeCoNiTi),利用真空电弧熔炼和热处理制备出FeCoNiTi高熵合金块体材料。表征结果表明,FeCoNiTi高熵合金由层状结构的Laves相和魏氏体板条FCC相组成。在室温下FeCoNiTi高熵合金具有良好的综合力学性能(抗压强度σ_b=2.08 GPa,压缩应变ε=20.3%)。高强度来自“硬”Laves相(层状结构)的强化,而“软”FCC相(魏氏体板条)中的位错滑移和变形孪晶提供塑性。     

合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展

激光熔覆技术采用高能量密度的激光作为工艺的能量来源,能够对工件表面进行改性和修复,显著地改善了基体的表面力学性能,从而有效地延长了产品的生命周期。激光熔覆是制备高熵合金的典型工艺之一,采用该技术并且添加合适的合金元素可以制备具备卓越性能的高熵合金涂层。为清晰地阐明加入元素后增强激光熔覆高熵合金涂层硬度的作用机制,首先综述了目前国内外在激光熔覆过程中加入常见元素所制备的高熵合金涂层硬度性能的研究现状,其中高熵合金有特殊的“4种效应”,对金属间化合物有促进作用,其内部微观结构一般为FCC、BCC或者HCP等固溶相,通常通过固溶强化、沉淀强化和分散强化来强化,并且激光熔覆法会使高熵合金涂层快速冷却,从而显著改善合金的力学性能。其次,分析了金属与非金属两大类元素对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度强化的机理,总结了金属元素与非金属元素的添加对高熵合金涂层硬度的影响规律。最后,针对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度性能的改进,总结出了有效的方法,并对其未来发展进行了展望。研究结果揭示了激光熔覆高熵合金涂层硬度强化的理论基础,为该领域的进一步发展提供了理论依据。     

体心立方BCC基多元合金中的共格析出及强化

固溶体基体上析出的第二相粒子的种类、形貌(大小和形状)以及分布,对提升合金的力学性能具有决定性作用,其中第二相粒子的共格析出更有利于提升合金的高温力学性能。例如,正是由于立方形态的L1_2-Ni_3Al有序超结构相在FCC固溶体基体的共格析出,才使得Ni基高温合金具有优异的高温力学性能。近年来,体心立方(BCC)基多元合金中的第二相共格析出强化使得该类合金展现出优异的力学性能,尤其是优异的高温强度,引起了广泛关注。在传统的BCC基工程合金材料中,主要采用非共格和半共格析出相对合金进行强化,然而第二相粒子在时效过程中易发生粗化,使得合金脆性增加,从而导致合金对工艺异常敏感。最新研究表明,在BCC基多主元合金中,可实现有序B2(L2_1)相在无序BCC基体上的共格析出,有望改善BCC基合金的强韧性。目前,获得的共格组织多表现为编织网状的调幅分解组织,很难实现球形或立方形态的共格纳米粒子析出,这也会造成合金具有极大的脆性,故如何在BCC基多主元合金中获得立方形或球形的共格粒子是目前的研究热点。研究表明,基体与有序析出相间的点阵错配度是决定析出粒子形状和大小的最关键因素,故通过调节多主元合金中的元素类型及含量来调控BCC基体和有序析出相(B2/L2_1)的成分,以调节二者的点阵错配,可以获得期望的共格组织。如BCC基特种钢和高熵合金中,通过调控成分可以调整BCC基体与共格B2相之间的点阵错配,继而使球形/立方形的B2粒子共格析出在BCC基体上,以获得一系列性能优异的BCC基特种钢及高熵合金。本文详细总结了几种典型的BCC基多元合金(如特种钢、高熵合金等)中共格析出相粒子的形貌、分布及力学性能;讨论了点阵错配度与析出粒子形貌之间的关系;并阐述了析出强化的机制;最后对共格析出强化的BCC基多元合金的发展及应用前景进行了展望。     

高熵合金涂层制备及其应用的研究进展

高熵合金涂层又称多主元合金涂层,是一种新型合金涂层。受高熵效应的影响,涂层的组织结构主要由单一的BCC、FCC或者HCP固溶体相构成,且易于形成非晶、纳米晶和纳米复合物,呈现出优异的综合力学性能、抗高温氧化性能、耐辐射性能和生物兼容性能等,具有重要的研究价值和应用前景。分别从涂层的主元数量和位形熵值两方面对高熵合金涂层的概念进行了阐述,比较分析了热喷涂、激光熔覆以及物理气相沉积等几类常用的高熵合金涂层制备工艺的优点和不足,总结了高熵合金涂层的工业应用现状,最后指出了高熵合金涂层在目前的研究中存在的问题并展望了其未来的发展方向。     

Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的相形成规律及其力学性能

为了获得兼具高强度与高延展性的Al-Co-Cr-Fe-Ni系高熵合金，采用电弧熔炼的方法成功制备了Al_1.2Co_xCrFeNi(x=1,1.6,2.2,2.8)高熵合金并对其微观组织和力学性能进行了系统研究。结果表明：在Al_1.2Co_xCrFeNi合金体系中，Co元素具有诱导BCC相向FCC相转变的能力，随着Co含量的原子比例从1增加至2.8,FCC相的体积分数从0%增加到59%,BCC相的体积分数从100%降低至41%。压缩实验的结果表明，Co元素的加入对于提高Al_1.2Co_xCrFeNi高熵合金的塑性有重要作用，但对高熵合金的强度无明显影响。随着Co含量的增加，Al_1.2Co_xCrFeNi高熵合金的断裂应变从16.9%增加到30%,极限抗压强度由2128 MPa降低至1913 MPa,其中最大抗压强度为2361 MPa,平均硬度由513.7HV降低至323.4HV。Co含量的增加促使了合金的原子半径差的降低，...