添加Be对CoCrFeNi高熵合金组织和性能影响的研究

目的 研究CoCrFeNi高熵合金组织和性能在添加Be后的变化,通过高熵合金固溶体相形成规律,设计从面心立方固溶体转变至含体心立方及金属间化合物的(CoCrFeNi)1-xBex系列高熵合金。方法 通过计算验证(CoCrFeNi)1-xBex系列高熵合金的成分是否落入固溶体区域,并对上述成分高熵合金组织和力学性能进行研究。结果 Be元素的原子数分数为4%时,高熵合金仍为单一的FCC相结构,随着Be元素含量的进一步增加,基体中出现BCC相和金属间化合物。Be的添加使得(CoCrFeNi)1-xBex高熵合金的屈服强度及显微硬度均大大提高,同时密度降低。结论 根据相形成规律设计的(CoCrFeNi)1-xBex系列高熵合金表明,适量添加Be元素可以改善CoCrFeNi高熵合金的综合物理力学性能。     

CoCrFeNi系高熵合金研究进展

高熵合金具有独特的微观结构和特性,作为一种新型的高性能材料,逐渐获得了国内外研究人员的广泛关注。高熵合金具备多元化的元素组成方式,不但没有形成传统概念中复杂的相结构,反而展现出了更优异的性能,在诸多领域均具有良好的应用前景。在当前的高熵合金体系中,CoCrFeNi系研究最为广泛,其研究内容主要体现在通过添加不同元素或进行退火热处理对原合金体系改性进而获得优异性能的材料。首先,结合CoCrFeNi体系对高熵合金的定义和性能特点进行了分析和总结;其次,从热力学和动力学角度论述了CoCrFeNi系高熵合金的结构预测、层错能计算及缺陷动力学分析;再次,总结了Al、Ti、Cu、Mn和C元素对CoCrFeNi系高熵合金显微组织和力学性能的影响;最后,分析了当前的研究现状并进行了展望。     

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。     

新型含Cu高熵合金的微观组织及热处理过程相变

目的 为优化CrMnFeCoNi高熵合金成分,消除富Cr脆性相的析出倾向.方法 用Cu取代Cr元素,以四元MnFeNiCu高熵合金为研究对象,探究含Cu高熵合金的微观组织及其热处理过程中的相变特征.结果 铸态MnFeNiCu合金中Cu元素具有较强的偏析倾向,其枝晶间存在大量颗粒状富Cu析出物,通过均匀化热处理能完全消除Cu元素偏析现象,得到单相FCC组织.结论 Cu与其他3种元素均表现为不同程度的不相容性,具有最大的偏析倾向,使其在凝固过程中于枝晶间富集,均匀化热处理过程中Cu元素发生溶质扩散,最终形成了单相固溶体组织.     

Al_xCoCrFeNiCu_2高熵合金的组织结构及力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备出不同Al含量的AlxCo Cr Fe Ni Cu2的高熵合金,研究Al含量对该高熵合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,该铸态高熵合金合金具有简单的bcc相固溶体结构及fcc相固溶体结构。AlxCo Cr Fe Ni Cu2(x=1,2和3)合金中fcc相固溶体的含量在增加;当x=4,5时,合金中bcc相固溶体的含量增加。合金的硬度随着Al元素的增加而提高。制备出的5种合金中Al4Co Cr Fe Ni Cu2硬度值最高。Al3Co Cr Fe Ni Cu2高熵合金具有较高的屈服强度和断裂强度。     

CrFeCoNiMo高熵合金与304SS的耐蚀性对比研究

为了研究CrFeCoNiMo高熵合金的耐蚀性,采用熔铸法制备了Cr19Fe22Co21Ni25Mo13高熵合金,测试了该合金的铸态显微组织、物相组成并将该合金与304SS在耐蚀性方面进行了对比.结果 表明:CrFeCoNiMo高熵合金显微组织呈典型的树枝晶形态,其中树枝晶为典型的单相FCC结构固溶体,而枝晶间为包含有1个FCC相和1个FCC1相的混合结构固溶体;与相同腐蚀条件下的304SS相比,CrFeCoNiMo高熵合金在硫酸、盐酸、硝酸和氯化钠溶液中的耐蚀性均表现较好,腐蚀速率均较低.高熵合金内树枝晶区域无明显腐蚀,而枝晶间区域腐蚀严重,这主要是由于二者间的晶体结构存在差异.     

高熵合金中典型金属间化合物

高熵合金作为一种新型金属材料,因其具有优异的力学性能而受到越来越多研究者的广泛关注。在高熵合金中,金属间化合物从最初追求单相固溶体以避免形成有害相,发展到可作为有益的析出强化相或合金基体相(有序固溶体),丰富了高熵合金的组织调控策略,提升了高熵合金的力学性能。同时,也为高熵合金的发展起到了重要的推动作用。从高熵合金中相的形成规律出发,综述了高熵合金中典型金属间化合物及有序固溶体的研究现状,主要包括合金元素和热处理工艺等对典型金属间化合物形成规律和高熵合金力学性能的影响,并对高熵合金中金属间化合物的未来发展进行了展望。     

Cu对Fe-NiAlMn合金析出强化过程的影响EI北大核心CSCD

将Fe-NiAlMn和Fe-CuNiAlMn合金在900℃固溶2 h后水淬,并在500℃时效不同时间。利用显微硬度测试和原子探针层析技术(APT)研究Cu的添加对Fe-NiAlMn合金析出强化过程的影响。结果表明:Cu的添加增强了时效初期的析出强化效果,加快了整个析出强化进程。时效过程中,Cu元素首先偏聚形核成为富Cu相,并促使Ni,Al,Mn元素在富Cu相与基体界面处偏聚形核形成Ni(Al,Mn)相,两相为核壳结构。随着时效时间的延长,富Cu相由BCC结构转变为FCC结构,与Ni(Al,Mn)相逐渐分离。     

CuAgAlFeNi高熵合金的微观组织和性能

利用真空电弧炉熔炼CuAgAlFeNi高熵合金。分析表明:合金由FCC+BCC相组成。合金中存在的严重的密度偏析,导致合金的铸态组织分为亚共晶层和固溶体层。亚共晶层由固溶少量Al的初晶Ag和(Cu-Ag)共晶组成。固溶体层则由Al、Fe、Ni和少量Cu形成的固溶体胞晶组成,在胞晶中还存在着与亚共晶层组织相同、成分相近的"共晶球"。固溶体的硬度为HK452.2,共晶层的熔点为805℃,硬度为HK160.4。     

CrFeCoNiCu多主元高熵合金的相分析

利用高分辨SEM与TEM观察显微组织,同时结合相图分析,提出了CrFeCoNiCu多主元高熵合金相的鉴定方法,结果表明:微观组织为枝晶和枝晶间组织,枝晶间存在大量纳米析出相。主要组成相包括枝晶内的Fe,Cr,Ni,Co的FCC固溶体相,枝晶间非晶相和Cu,Ni的FCC固溶体相。相图分析表明,合金材料在1400℃和1100℃左右发生的两次相变,形成了CrFeCoNiCu高熵合金的组织结构。     

磁控溅射法制备Al_xCoCrFeNi高熵合金薄膜的微观组织和力学性能研究

利用磁控溅射工艺制备了不同Al含量的(0~20%(原子分数))AlCoCrFeNi高熵合金薄膜,研究了Al含量对AlCoCrFeNi高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,Al元素的加入,使得原CoCrFeNi四元合金薄膜中的(200)峰消失,Al_xCoCrFeNi薄膜呈现出(111)晶面的择优生长取向。Al_xCoCrFeNi合金薄膜形成了面心立方单一均匀的固溶体。Al元素的加入起到了固溶强化的作用,使Al_xCoCrFeNi薄膜硬度相对于CoCrFeNi合金薄膜整体提高了1~2GPa。当Al含量为0.8时,薄膜的柱状晶宽度达到最小,Al_(0.8)CoCrFeNi薄膜在Hall-Petch关系作用下硬度显著增加,达到最大值18.7GPa。     

密排六方结构高熵合金研究进展

高熵合金自问世以来,因其性能独特很快就引起了广大学者的兴趣。对高熵合金的定义,现在大家普遍认为的是由5种及5种以上的主要元素以等摩尔比或近似等摩尔比构成,且每种元素占总成分的5%~35%。对配置熵、混合焓、原子半径差、价电子浓度等物相参数进行计算,并结合CALPHAD相图模拟和第一性原理密度泛函理论(DFT)以及AIMD模拟,可用来初步预测高熵合金的相结构。目前,主要有面心立方(FCC)、体心立方(BCC)和密排六方结构(HCP)3大类固溶体高熵合金,其中HCP高熵合金鲜见,主要为稀土元素类和贵金属元素类HCP高熵合金。近几年研究发现FCC高熵合金通过特殊的处理方式(如高压)也可转变成HCP高熵合金。对HCP高熵合金的结构、相形成规律以及性能进行了综述,并讨论了其未来发展趋势。     

无基元高混合熵合金形成固溶体结构三原则

无基元高混合熵合金是由五种以上主元素构成，具有很高的混合熵。通过对已发表无基元高混合熵合金数据的分析，初步得出无基元高混合熵合金形成固溶体的一般规律：1五种以上主元素；2最大原子半径差小于12％；3舍金混合焓介于-40到10KJ／mol。     

等离子熔覆法制备AlxCoCrFeNi高熵合金微观组织与性能研究

利用等离子熔覆法在Q235基体上制备了Al_xCoCrFeNi(x=1、1.5,x为摩尔分数)高熵合金,对熔覆层的化学成分、相结构、微观组织和显微硬度进行了研究。结果表明:熔覆态高熵合金具有简单的固溶体结构,微观组织为树枝晶,Al含量从x=1增加到x=1.5时,物相组成由FCC+BCC两相转变为单一的BCC相;当x=1.5时,枝晶间有纳米级颗粒析出;Al_(1.5)CoCrFeNi熔覆层与基体呈现良好的冶金结合,界面附近的热影响区由于珠光体脱碳分解而形成了约为80μm宽的铁素体带;随着Al含量的增加,熔覆层的显微硬度从x=1时的478HV增加到x=1.5时的530HV。     

C对CoFe2NiV0.5Mo0.2高熵合金结构和力学性能的影响

研究添加0％ ～10％(原子分数,下同)C对CoFe2NiV0.5Mo0.2高熵合金显微组织、相结构和室温力学性能的影响.研究结果表明,随着C含量的增加,合金的微观组织由单一面心立方结构(FCC)转变为FCC基体+V8 C7碳化物纤维的共晶组织,再转变为FCC基体+粗大V8 C7+针状MoC组织,在转变过程中合金的压缩屈服强度明显提升,并保持较高的塑性.其中添加6％C时,合金的屈服强度和硬度可达到900 MPa、270HV.研究结果显示,以C为代表的小原子半径元素可以作为间隙固溶元素或与金属元素相结合形成碳化物第二相来提高FCC结构高熵合金的强度,改善合金的综合力学性能.     

贮氢材料钒基固溶体合金的研究进展

钒基固溶体合金是一类重要的贮氢材料.概述了金属钒的氢化特性,讨论了钒基固溶体合金有效贮氢量低的原因;综述了合金组元及非金属杂质元素对钒基固溶体合金性能的影响,在吸氢主要元素钒基中添加其它元素(Ti、Ni、Cr、Mn、Fe、Hf、Zr、Nb、Co、Al、Si等)有利于提高合金的贮氢性能.     

机械合金化和放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金

研究了球磨转速、球料比和球磨时间对NbMoCrTiAl高熵合金粉末的物相、微观形貌及粒度的影响,探讨了不同温度下放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金微观组织和硬度的变化规律。结果表明:在转速300 r/min和球料比10∶1条件下,球磨60 h粉末只达到部分合金化;在转速300 r/min和球磨50 h时,球料比要达到12∶1才能实现粉末完全合金化;在球料比10∶1和球磨50 h条件下,球磨转速要高于400 r/min才能获得单一BCC固溶体高熵合金。NbMoCrTiAl粉末在高能球磨中元素发生合金化的先后顺序为Al→Ti→Cr→Nb→Mo。NbMoCrTiAl高熵合金粉末在放电等离子烧结(SPS)时发生了第二相析出和溶解转变。随着烧结温度的升高(1 400～1 600℃),第二相的数量减少及其尺寸增大,导致了合金硬度的降低。     

合金元素对 Nb2Mo2Si合金相平衡及Nb2 Nb 5Si 3共晶组织形态的影响

采用电弧熔炼法制备了 Nb220Si210Mo、Nb220Si210Mo23M (M = Cr , Al , Ti) (原子分数) 四种 Nb2Mo2Si基超高温合金。利用 SEM、EDS、XRD等实验技术对铸造合金的相组成与组织形态进行了观察和分析。Nb220Si210Mo 合金由铌固溶体 (Nb SS) 与βNb 5Si 3化合物两相构成 , 其铸造组织包含大量片层状共晶 (Nb SS 2βNb 5Si 3) 组织。少量合金元素 Cr (3 at %) 能够改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系 , Nb220Si210Mo23Cr 的铸造组织中不仅存在 Nb SS和βNb 5Si 3 , 而且还出现少量 Cr 2Nb相 ; 而添加合金元素 Al、Ti (3 at %) 并不改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系。添加 Cr 使 Nb SS 2 βNb 5Si 3共晶组织失去了平直片层特征 ; Al 有利于共晶组织中片层状共晶形成 ; 添加 Ti使共晶组织呈现羽毛状特征。合金化使 Nb与βNb 5Si 3的晶格常数发生变化 : Nb的晶格常数均变小; Nb220Si210Mo23Cr合金中βNb 5Si 3的 c/ a值减小 , 其它 3种合金中βNb 5Si 3的 c/ a值增大。     

CoCrFeNiSn系高熵合金组织及相分析

以CoCrFeNi合金为基体，通过添加Sn元素和改变各元素含量，设计并制备了CoCrFeNiSn、Co_0.5CrFeNiSn、CoCr_0.5FeNiSn、CoCrFe_0.5NiSn、CoCrFeNi_0.5Sn 5种高熵合金。其中CoCrFeNiSn、Co_0.5CrFeNiSn、CoCr_0.5FeNiSn、CoCrFe_0.5NiSn合金由FCC (face-centered cubic)相(黑色相)以及六方相(灰色相)组成，并且在这几种合金均出现了共晶组织，以CoCrFe_0.5NiSn合金中出现的共晶组织最多。而CoCrFeNi_0.5Sn合金则由FCC (face-centered cubic)相(黑色相)以及四方相(灰色相)组成，没有观察到共晶组织。通过观察共晶组织体积的变化，发现Fe元素的减少有利于共晶组织的形成，Ni元素的减少不利于共晶组织的形成。EDS(Energy dispersiv...     

多主元高熵合金AlFeCuCoNiCr的微观结构

依据多主元高熵合金的设计理念,采用真空电弧炉熔炼等摩尔比多主元高熵合金AlFeCuCoNiCr,研究合金的组织结构。研究发现:AlFeCuCoNiCr合金的铸态组织是典型的树枝晶,并有纳米析出相和非晶相形成;合金存在严重的成分偏析现象,铜偏聚于枝晶间;合金形成了简单的面心立方+体心立方(FCC+BCC)结构和少量金属间化合物。