高熵合金中的元素分布规律及其作用

高熵合金作为一类多主元的复杂合金,其与传统合金相比可能表现出更好的力学性能和不同变形机制。而这些现象所对应的高熵合金与传统合金在原子结构特点上的本质区别一直存在争议。大量研究表明,由于高熵合金中各组成元素的原子特性不同,其可能普遍存在原子尺度上的元素分布不均匀性,这使得材料的结构性能关系用经典的固溶强化等理论并不能被完全理解。本文以面心立方、体心立方及双相高熵合金为分类,总结了高熵合金中与元素分布相关的研究,从浓度波和短程有序这两个方面出发,分别展开讨论;并拓展到其对材料位错行为和力学性能的影响;最后,对未来高熵合金中元素分布规律的探索进行了展望。     

高熵合金中的局域化学有序

高熵合金以其多主组元、高构型熵的设计理念以及优异的性能(例如高强高韧、耐高温和耐辐照等)具有广阔的应用前景,成为近十多年来合金领域内的热点高性能结构材料。从首次发现至今,大多数研究基于经典的理想固溶体假设,然而最新的实验与计算结果显示高熵合金具有局域化学有序,并且会对力学性能产生一定的影响,相关研究在领域内引起了广泛的关注,成为新的研究热点。本文主要综述了高熵合金中局域化学有序的理论描述、实验表征及其对力学性能的影响,并简单展望了在原子尺度上数值化表征并调控局域化学有序,从而实现高熵合金性能优化的可能性和潜在优势。     

双相多主元合金热机械处理的进展

双相多主元合金作为一种新型金属结构材料,一经提出便受到广泛关注和研究。作为金属材料,热机械处理是调控其微观组织,提升综合力学性能的重要方法。本文综述了国内外有关双相多主元合金热机械处理的研究现状,从轧制工艺、时效参数、多级处理等方面讨论了热机械处理对双相多主元合金微观组织的调控作用,进而总结了热机械处理对其力学性能的影响,以期对双相多主元合金的热机械处理研究提供参考。     

氮含量对Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的影响

目的 探究氮含量对MoTaW多主元合金薄膜的微观组织和力学性能的影响,并提高Mo-Ta-W多主元合金薄膜的力学性能。方法 采用反应多靶磁控溅射技术在单晶硅片上制备出了具有不同氮含量的Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜,通过X射线光电子能谱仪、掠入射角X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜对薄膜的成分、组织结构、表面及截面微观形貌、厚度和粗糙度进行了表征分析,并采用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行了测试。结果 Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜中的氮含量随着溅射过程中氮气流量的增加而增加,当氮气流量达到50%时,薄膜中的氮含量升至49%,而钽含量则随之降低至12%。形成氮化物后,Mo-Ta-W多主元薄膜由BCC结构转变成了单相FCC固溶体结构,表面由层片状结构转变为花椰菜状团簇结构,随着氮含量的增加,表面的粗糙度先降低后升高,厚度则不断降低。与Mo-Ta-W多主元合金薄膜相比,Mo-Ta-W多主元合金氮化物薄膜的力学性能有所提高,但随着氮含量的增加而下降,当氮气流量为10%时,Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的硬度和弹性模量分别为34.3 GPa和327.5 GPa。结论 氮化物的形成对Mo-Ta-W多主元合金薄膜的相结构、表面形貌等有影响,可有效提高薄膜的力学性能。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层由于具有优于块体高熵合金和传统金属涂层的综合性能,在航空航天、核反应堆等极端服役环境下表现出了巨大的应用潜力。涂层低维形态产生的尺寸效应与高熵合金独特的多主元特征效应相耦合,使高熵合金涂层具有成分均匀、组织致密、结构稳定、性能优异等特点。概述了近年来高熵合金涂层的主要制备技术,简述了不同制备方法的原理、优势及工艺参数对涂层组织性能的影响。探讨了高熵合金中主要组元元素的作用、相结构的调控准则、多相转变行为等微观组织结构的特征与影响机制。论述了高熵合金涂层的服役性能特点,包括力学性能、抗氧化、耐腐蚀、抗辐照及耐磨损性能,并分析了成分/工艺-组织-性能的关联及相关作用机理。最后,总结了目前研究工作中存在的关键科学难题与挑战,对高熵合金涂层的研究方向与应用前景进行了展望。     

多主元高熵合金组织性能及塑性变形的研究进展

多主元高熵合金因其高的混合熵倾向于形成具有简单结构固溶体,具备优异的耐磨性能、耐腐蚀性能及力学性能的同时,还具备良好的塑韧性,其塑性变形行为及变形机制受到广泛关注。本文论述了高熵合金组织结构、力学性能、摩擦磨损性能及耐腐蚀性能,对比阐述了高熵合金在准静态及动态变形条件下的塑性变形性能、变形机制及晶粒细化机制方面的研究现状,最后指出了高熵合金塑性变形行为研究中尚存在的问题并展望了塑性变形理论的研究方向,为扩展高熵合金的应用领域提供参考。     

Mg65Cu25Gd10玻璃晶化过程短程有序重排的EXAFS研究

采用扩展X射线精细结构谱（EXAFS）研究了热处理对Mg65Cu25Gd10金属玻璃结构的影响，分析了力学性能与结构变化的相关性。结果表明：Mg6sCu2sGd10金属玻璃中主要存在两种短程有序Cu-Mg及Cu-Gd，两种短程有序在晶化过程中变化的机制不同。前者，化学与拓扑短程有序均发生了明显变化，而Cu-Gd以拓扑短程有序变化为主。Mg65Cu25Gd10金属玻璃在退火后力学性能的下降主要是由于Cu原子周围短程有序的增加（低温阶段）和晶相的出现（高温阶段）引起的。Gd原子局域结构在退火期间无明显变化，故其对力学性能的变化影响较小。     

非晶合金

非晶合全又称为金属玻璃，其微观结构中没有长程有序，只是短程有序，不存在普通金属材料中的晶界，性能上同时兼具了金属和玻璃的特性．随着对于非晶合金形成能力理论研究的深化。     

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。     

信息

非晶合金:非晶合金又称为金属玻璃,其微观结构中没有长程有序,只是短程有序,不存在普通金属材料中的晶界,性能上同时兼具了金属和玻璃的特性。随着对于非晶合金形成能力理论研究的深化。大块非晶合金具有高强度、硬度、高弹性和高耐磨性能,过冷液相区内可以进行超塑性成型。其抗拉强度1896 MPa,约为普通钛合金的2.5倍,伸长率达到2%,显微硬度为550HV,是普通不锈钢的1.5倍。容易制成各种复杂结构、实现净成型,可以有效地屏蔽电磁场的辐射,是一种低辐射     

金属玻璃蠕变及回复行为研究综述

由于非晶合金独特的无序结构,其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础,对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明,以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程,该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分,这类变形在卸载后可完全回复,对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外,总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征,并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。     

含Nb锆合金第二相及其与腐蚀行为关系研究进展

含Nb锆合金具有优异的耐腐蚀性能、良好的机械性能和加工变形能力,是目前锆合金研究的重点。本文综述了近年来含Nb锆合金的研究现状,包括化学成分、变形及热处理工艺对第二相粒子析出的影响,介绍了锆合金腐蚀理论的研究进展,讨论了研究中存在的若干问题,为含Nb锆合金组织控制和耐腐蚀性能改善提供参考。     

Dislocation Slip and Crack Nucleation Mechanism in Dual-Phase Microstructure of Titanium Alloys: A Review

The study on the deformation mechanism of titanium alloys is beneficial to revealing the influence of microstructure on mechanical properties, and then providing guidance for the optimization of microstructure and properties. For most near-α and α + β titanium alloys, slip is the dominant deformation mechanism. Therefore, investigating the slip initiation and slip transfer behavior, as well as crack nucleation mechanism, is essential to reveal the fundamental relationship between microstructure and mechanical properties. However, due to the coexistence of grain boundary and phase boundary in dual-phase microstructure of titanium alloys, the phase content, grain size, grain boundary misorientation and α/β orientation relationship would affect the slip initiation and transfer behavior, resulting in a very complex plastic deformation mechanism. Based on the previous investigations of deformation mechanism of near-α and α + β titanium alloys, this review first analyzed the sequence of slip initiation between α and β phases and discussed the main factors affecting the slip initiation in α phase. Secondly, the basic rule of slip transfer and the influence of different interfaces on slip transfer were reviewed. Finally, the mechanism of crack nucleation and effect of microstructure on crack nucleation were analyzed based on slip transfer behavior.     

非晶合金微观结构的不均匀性与塑性

块体非晶合金用于工程结构材料的优势在于其高强度和高弹性应变,瓶颈在于其缺乏塑性。近期的研究进展表明,在非晶合金中引入微观结构的不均匀性,可以获得良好的室温塑性。本文综述了块体非晶合金中各种微观结构不均匀性的形成条件、表征手段以及微观结构不均匀性与剪切带行为和塑性的关系,讨论了制备条件和合金成分对非晶合金微观结构和塑性的影响,并提出了非晶领域未来需要解决的几个重要问题     

Elastostatically induced structural disordering in amorphous alloys

This study demonstrates that elastostatic compression imposed on amorphous alloys at room temperature induces irreversible structural disordering. The rate of disordering depends on the atomic packing density as determined by the fraction of the material in short-range ordered (SRO) atomic environments. The structural disordering, measured experimentally by differential scanning calorimetry, in turn alters the mechanical properties of the material. A combination of experiments and molecular dynamics simulations are used to explore fundamental issues related to shear-induced disordering during elastostatic compression.     

快速凝固TiAl化合物的研究进展

TiAl合金是一种很有希望的航空、航天及汽车用高温结构材料,但是其较低的室温塑性限制了它的应用.快速凝固技术有望使其性能得到改善.综述了近年来快速凝固TiAl合金的研究进展,包括快速凝固工艺、合金的发展以及合金的组织演变及其特征、力学性能及添加合金化元素的作用,亚稳相的产生及稳定性以及快速凝固薄带或粉末的固结等.     

First-Principles Calculations for Stable β-Ti–Mo Alloys Using Cluster-Plus-Glue-Atom Model

Construction of suitable structural models in order to account for chemical short-range orders is the reason behind the difficult multi-scale computational simulation methods for solid solutions.Herein,using Ti-Mo alloys as representative,we used our cluster-plus-glue-atom model to address the chemical short-range orders for body-center cubic lattice.In accordance with the atomic interaction mode,an Mo solute atom would prefer 14 Ti solvent atoms as its nearest neighbors,forming a rhombic-dodecahedral cluster,and some next outer-shell Mo and Ti atoms would serve as the glue atoms,which is formulated as [Mo-Ti_(14)](Mo,Ti)_x.The number of glue atoms x corresponds to different spatial distribution of the clusters.One of the formula having good stability is [Mo-Ti_(14)]Mo,i.e.,with one Mo as the glue atom.To verify its stability,mechanical properties and electronic density of state are obtained using the first-principles calculations and the Young's modulus agrees with the experimental values.Also the formulated structural unit [Mo-Ti_(14)]Mo is indeed verified by the cluster expansion method.This work then confirms the existence of simple structural unit covering the nearest neighbors and a few next outershell atoms for the Ti-Mo alloy of high structural stability.