CoCrFeNi高熵合金在金属氧化物熔盐电脱氧中的形成过程（英文）

在1173K下将金属氧化物在CaCl_2熔盐中进行电脱氧,制备了CoCrFeNi高熵合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线能谱(EDS)研究了不同电解时间下金属氧化物转化为高熵合金的相变过程。结果表明,CoCrFeNi高熵合金的形成过程包括快速脱氧和深度脱氧2个阶段。在快速脱氧阶段,在1h内去除了烧结氧化物球团中93.93%(质量分数)的氧,电流效率达到89.95%。电解结束后,产物的氧含量可达0.26%(质量分数),电流效率为17.93%。该高熵合金的形成过程可用于指导建立低成本、高效率的电化学路线。     

机械合金化联合真空热压烧结工艺制备CoCrFeNi高熵合金的力学性能和耐腐蚀性能

采用机械合金化和真空热压烧结工艺制备了CoCrFeNi高熵合金。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体发射光谱和光学显微镜对产物的相结构和微观结构进行了表征,并采用万能试验机、维氏硬度计和电化学工作站对其力学性能和耐腐蚀性能进行了研究。结果表明：与电化学还原联合热压烧结工艺以及电弧熔炼法制备的CoCrFeNi高熵合金性能相比,机械合金化联合真空热压烧结工艺制备的CoCrFeNi高熵合金具有良好的抗拉伸强度和断裂伸长率,其合金硬度是电弧熔炼法制备合金的2倍,在0.5 mol/L H₂SO₄、1 mol/L KOH和3.5%（质量分数）NaCl水溶液中,该合金具有与304不锈钢及电化学还原联合热压烧结工艺或电弧熔炼法制备的合金相当的耐腐蚀性能。     

硼添加对Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金压缩性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备Al_(0.1)CoCrFeNiB_x(x为摩尔分数,x=0, 0.1, 0.3)高熵合金,通过X射线衍射分析、光学电镜和扫描电镜观察以及压缩性能的测试,分析了少量硼加入对Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金微观组织和压缩性能的影响。结果表明,少量硼加入使单相的Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金析出了第二相,显著地提高了Al_(0.1)CoCrFeNi的压缩强度,而压缩塑性没有下降。当加入摩尔分数为0.1的硼后,合金屈服强度增加了1.2倍;而加入摩尔分数为0.3的硼后,合金屈服强度增加了4.3倍。     

制钛过程中阴极钙钛矿的形成与阳极溢出气体间的关系

采用FFC剑桥工艺在熔融CaCl₂中电解二氧化钛时,钙钛矿是阴极上不可避免形成的相。本文研究了在制备钛的过程中,阴极钙钛矿的形成与阳极释放气体的关系。结果表明,阴极上相的形成主要有三个阶段,包括钙钛矿的形成、钙钛矿的脱氧及钛的低价氧化物脱氧为TiO、和TiO到Ti的脱氧。尽管分解电压低于CaCl₂,但阴极形成的钙钛矿与从阳极释放的气体密切相关。由于短时间内钙钛矿的形成造成过电压,因而阳极释放出氯气,氯气的量取决于TiO₂和电解过程中产生的不同低价钛的量。当钛的低价氧化物介于Ti₃O₅和TiO₂之间时,在第一脱氧阶段TiO₂和氯的质量比为9：2到46：2。在氯气释放的过程中阳极没有明显的消耗。钙钛矿的形成和Ti₂O的脱氧是在熔融CaCl₂中电解制备钛的主要限制性环节。从TiO₂到Ti的总电流效率是24.07％。目前第一阶段的电流效率在22.37％~44.74％之间,第二阶段在30.18％~37.72％之间。     

电解TiO2中间相的形成与溢出气体间的关系

熔盐电解TiO₂制备金属钛的过程中,钙钛矿是不可避免的中间相,这已得到国内外研究者的公认。本研究借助间断性实验,主要研究了熔盐电解TiO₂制备金属钛过程中,钙钛矿的形成与TiO₂脱氧及阳极产生气体间的关系。研究结果表明,CaCl₂熔盐中电解TiO₂制备金属钛的过程,按其脱氧进程可分为三个主要阶段。第一阶段为 TiO₂脱氧生成钛的低价氧化物,同时O_2-、熔盐Ca₂₊和未脱氧的TiO₂形成CaTiO₃。第二阶段为CaTiO₃脱氧、脱钙及钛低价氧化物继续脱氧为Ti₂O。第三阶段为Ti₂O进一步脱氧为Ti(2% O)。TiO₂脱氧量、熔盐消耗量及形成CaTiO₃量之间的摩尔比为1:1:1, 且钙钛矿形成阶段阳极只有Cl₂放出,钙钛矿形成结束后阳极放出CO₂、CO气体,无Cl₂放出。若以电解TiO₂到含2%氧的Ti[O]所消耗的时间记为100%的话,那么钙钛矿脱氧、脱钙过程约占总时间的38.9%,而钙钛矿形成的时间只占5.6%,其余时间为钛低价氧化物的脱氧过程。因此钙钛矿的形成是该工艺电流效率低的主要原因之一,钛低价氧化物深脱氧速率低是该工艺的主要限制性环节。     

FeCoCrNiZr x 高熵合金的磁性和电化学性能

采用真空电弧熔炼法制备了不同Zr含量的FeCoCrNiZr_x（x=0.5,0.75,1）高熵合金。研究了Zr含量对合金组织、磁性能和电化学腐蚀性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、振动样品磁力计和电化学工作站对合金的磁性能和电化学腐蚀能力进行了研究。结果表明：FeCoCrNiZr_x合金具有典型的共晶组织,由面心立方固溶体和C15 Laves相组成。随着Zr含量的增加,合金硬度呈先增大后减小的趋势。根据合成的静态滞回曲线可以看出,FeCoCrNiZr_0.5合金具有顺磁性和铁磁性的混合型特征,FeCoCrNiZr_0.75合金表现为顺磁性,FeCoCrNiZr₁合金表现为典型的铁磁性。同时,FeCoCrNiZr_x合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中经历活化与钝化转变。当合金中的Zr含量为0.75%（原子分数）时,合金极化电阻具有最大的阻抗电容半径,钝化膜的耐腐蚀能力最强。     

Al0.5CoCrFeNi高熵合金高温腐蚀行为研究

采用真空电弧熔炼炉制备了Al0.5CoCrFeNi高熵合金(下标表示摩尔比).研究了高熵合金在800、900℃的75wt％Na2SO4+25wt％NaCl熔盐中抗高温腐蚀性.利用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪分析高熵合金的腐蚀层形貌、成分和组织结构.结果表明:高熵合金在熔盐中的腐蚀质量损失较严重,随腐蚀温度升高,抗腐蚀性下降;腐蚀层出现明显分层,合金表面生成了疏松多孔的NaFeO2等多种混合氧化物;合金腐蚀过程发生内氧化和内硫化,内层生成Al2O3、CrO3混合氧化物及Cr5S6硫化物.     

热处理温度对AlxCoCrFeNi系高熵合金组织和硬度的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪及硬度计分析了Al_xCoCrFeNi系(x=0. 25、0. 55、0. 75及1. 25)高熵合金在不同温度(800、1 000及1 200℃)退火后的组织及硬度演变规律。结果表明:随着Al元素含量的增加,Al_xCoCrFeNi高熵合金的显微组织由FCC单相逐渐转变为FCC+BCC双相和BCC单相,其硬度也逐渐升高; Al_(0. 25)CoCrFeNi合金的组织热稳定性较好; 800和1 000℃退火对Al_(0. 55)CoCrFeNi和Al_(0. 75)CoCrFeNi合金的组织影响较小,硬度也未发生明显变化; 1 200℃退火后,合金组织粗化,硬度下降;退火温度对BCC结构的Al_(1. 25)CoCrFeNi高熵合金的组织和性能有重要影响,800℃退火时有σ相生成; 1 000℃退火,σ相含量减少,1 200℃退火,σ相再次形成,因此对应的合金硬度先升高后降低再升高。     

Al0.1CoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学研究

通过分子动力学方法研究了Al_0.1CoCrFeNi单晶高熵合金在室温（300 K）下沿轴向拉伸后的组织和力学性能变化。通过改变模拟应变速率和温度,分析了单晶高熵合金的拉伸性能;通过模拟室温拉伸实验,研究了含表面小裂纹单晶的显微组织和抗拉伸性能。结果表明,当应变速率在一定范围内时,抗拉伸强度随应变速率增大而增大;当应变速率为10¹⁰ s^-1时,杨氏模量和抗拉伸强度随温度降低而增大。表面有贯穿小裂纹的单晶高熵合金在拉伸一段时间后出现颈缩现象,随着大量滑移位错的快速发展,裂纹尖端出现应力集中,导致快速断裂。     

磁控溅射CoCrFeNi高熵合金薄膜的硬度和电阻率研究

目的 研究溅射功率对CoCrFeNi高熵合金薄膜硬度和电阻率的影响,期望获得同时具有高硬度和高电阻率的高熵合金薄膜,为其在电阻薄膜领域的应用提供实验基础。方法 在不同溅射功率条件下（40、60、80、100 W）,利用CoCr合金靶、Ni片和Fe片拼接成合金靶,采用磁控溅射法在硅基底表面沉积CoCrFeNi高熵合金薄膜。利用XRD分析薄膜相结构,通过SEM分析薄膜成分和形貌,利用显微硬度计测量薄膜硬度,采用双电测四点探针法测定薄膜电阻率。结果 不同溅射功率下制备的CoCrFeNi薄膜均与基底结合良好,呈柱状生长模式,且合适的溅射功率有助于获得等摩尔比高熵合金薄膜。随着溅射功率由40 W升高至100 W,薄膜结晶性得到改善,形成简单的FCC相,（111）择优生长更加强烈,柱状生长愈加明显,晶粒尺寸增大,硬度和电阻率降低。结论 溅射功率对CoCrFeNi薄膜组织和性能具有重要影响。当溅射功率为40 W时,CoCrFeNi薄膜同时具有最高硬度和最大电阻率,其值分别为940.5HV和336.5 μΩ?cm。     

激光表面处理Al0.3CoCrFeNi高熵合金组织特征

通过4种不同功率的脉冲激光（150,250,350,450 W）对铸态Al_0.3CoCrFeNi高熵合金进行处理。按相对于激光源的位置,合金组织分为3个部分：内部具有细胞状结构的中心影响区,具有长条结构的边缘影响区,以及未受影响的原始晶粒区域。由于激光引起的快速熔化和凝固,经不同功率处理的样品截面中均观察到细胞结构;另外,在激光影响区边缘发现了长条细胞结构。之后,将激光处理的样品分别在660和800 ℃下退火2 h,可以观察到沿细胞结构边界有沉淀相析出。通过硬度测试,表明激光表面处理和后续热处理相结合的方法显著提升了合金的硬度。     

Serration behavior and negative strain rate sensitivity of Al0.1CoCrFeNi high entropy alloy

Temperature dependent deformation mechanism of Al_0.1CoCrFeNi high entropy alloy (HEA) was studied using monotonic and strain rate jump tests at various test temperatures in a coarse-grained single phase FCC HEA. The tensile properties of Al_0.1CoCrFeNi HEA exhibited a modest temperature dependence in the tested range of 300–673 K. At an initial strain rate of 10⁻⁵ s⁻¹, the serration type was a function of the test temperature. Furthermore, the strain rate sensitivity of the flow stress changed from positive to zero to negative once the unstable plastic deformation region due to dynamic strain aging was attained.     

氟化物熔盐中快速电脱氧制备金属钒及其机理

以偏钒酸铵为原料,采用"煤气还原+原位烧结"工艺制备高活性V_2O_3阴极片,在氟化物体系熔盐中实现了快速电脱氧制备金属钒,并通过测定循环伏安曲线结合恒电位电解实验,研究了电解过程的反应机理。结果表明:V_2O_3在氟化物熔盐中可实现快速电脱氧,电解4 h后所得金属钒的氧含量降至0.218%(质量分数,下同);V_2O_3阴极电脱氧产生的O~(2-)在脱氧反应区可原位生成铝氧氟络合离子并进一步产生金属铝,从而引发阴极的铝热还原反应,导致V_2O_3熔盐电脱氧过程同时存在直接电还原反应和铝热还原反应,其中后者起着关键的加速作用;在熔盐中添加适量Al_2O_3可强化V_2O_3电脱氧过程,在其他条件不变的情况下电脱氧时间可缩短至3 h。     

Electrolytic Preparation of Mg-La Alloy in Chloride Molten Salt: Effect of Electrolyte Composition

在MgCl2-LaCl3-KCl熔盐体系中,系统研究了恒电位电解过程中,电解质组成对平均电解电流、电解效率和合金成分的影响。用XRD、SEM和EDS对Mg-La合金样品进行了表征。随着初始电解质中LaCl3浓度的增加,平均电解电流逐渐降低。这是由于与MgCl2相比,LaCl3较低的电导率引起的。当LaCl3在初始电解质中的浓度为15%~20%（质量分数）时,电流效率超过90%。合金组成可通过改变电解质组成来调节。     

The durability of different elements doped manganese dioxide-coated anodes for oxygen evolution in seawater electrolysis

Manganese-molybdenum (Mn-Mo), manganese-molybdenum-vanadium (Mn-Mo-V), manganese-molybdenum-iron (Mn-Mo-Fe) and manganese-iron-vanadium (Mn-Fe-V) anodes were prepared by anodic electrodeposition on iridium oxide-coated titanium substrates for oxygen evolution in seawater electrolysis. XRD, FESEM, EDX and oxygen evolution efficient analysis revealed that the prepared anodes had a γ-MnO₂ structure and show a unique mesh-like nanostructure. Oxygen evolution efficiencies were all measured to be more than 99%. The durability tests were performed at 1000 A·m^− 2 in 3.5 wt% NaCl solution at pH 12 and 90 °C. The Mn-Fe-V anode was the most stable electrode during the sea water electrolysis, and maintained an oxygen evolution efficiency of 87.96% even after 500 h. It has been found that the main reason for the eventual decrease in oxygen evolution efficiency was partly because of the peeling and electrochemical dissolution of the oxide layer after electrolysis. Also, it was found that the addition of iron and vanadium would maintain a high level of oxygen evolution efficiency during electrolysis.     

Mechanism of oxygen dissolution in metallic zirconium

The oxygen dissolution in metallic zirconium has been investigated by electrochemical and X-ray techniques. The mechanism of the zirconium oxidation process is proposed. It is shown that during the first stage of the process, oxygen dissolves in the metal matrix acting as an electron donor. The region of oxygen solid solutions in zirconium reaches 25 at.% oxygen. After oxygen saturation of the metal surface the second stage starts; zirconium oxides form.     

阴极结构对SOM法制备金属钽的影响

在CaCl2熔盐中,利用固体氧离子膜(SOM)法电解还原Ta2O5直接制备金属钽。研究了成形压力与烧结温度对阴极形貌及孔隙率的影响,进而获得阴极微结构对产物形貌及氧含量的影响规律。结果表明:阴极片的颗粒尺寸和孔隙率大小是影响电解还原的重要因素;Ta2O5片的孔隙率随着成形压力的增大、烧结温度的升高明显降低;孔隙率大,有利于电解还原的进行,产物颗粒尺寸大;孔隙率小,会导致阴极产物形成致密的金属外层;在成形压力为4MPa经1150℃烧结2h或6MPa经1100℃烧结2h条件下,阴极反应活性良好,电解产物氧含量低。     

激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层腐蚀行为研究

目的 研究Al、Ti元素对激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层耐蚀性能影响,并对影响程度进行比较。方法 采用激光沉积技术在316L不锈钢表面制备CoCrFeNiSi0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5、CoCrFeNiSi0.5Ti0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5等4种成分的高熵合金涂层,并通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)以及电化学工作站等设备对高熵合金涂层凝固组织形貌、微观组织形貌、微区成分分布、耐腐蚀性能等方面进行分析研究。结果 激光沉积CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层物相由单一面心立方(FCC)相构成;CoCrFeNiSi0.5Al0.5高熵合金涂层的主要物相变成体心立方(BCC)相,并形成沿晶界网状分布的Cr3Si相;CoCrFeNiSi0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相仍为FCC相,但枝晶间区域内形成G相(Ni16Ti6Si7),枝晶内区域形成长条状Cr15Co9Si6相;CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相为BCC相,枝晶间区域G相含量较CoCrFeNiSi0.5Ti0.5合金涂层有所降低,枝晶内区域形成弥散分布的方形纳米Fe3Al相。激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层在0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性大小依次为CoCrFeNiSi0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5。浸蚀后,CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层以均匀腐蚀为主,CoCrFeNiSi0.5Al0.5涂层产生严重的晶间腐蚀,CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层主要为枝晶间区域的点蚀,CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5涂层枝晶间区域的点蚀程度明显高于CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层,且枝晶内区域的纳米第二相颗粒发生脱落。结论 在酸性溶液环境中,相较于Al元素,Ti元素可更有效地提升激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层的耐蚀性能。