高熵氧化物的制备及应用研究进展

高熵氧化物作为近几年发展起来的新型氧化物体系，打破了传统掺杂氧化物的设计理念，由五种及以上氧化物以等摩尔或近等摩尔构成，因其具有简单的结构和优异的性能等受到国内外研究人员的广泛关注。高熵氧化物由于多主元且主元之间混乱排列，易形成岩盐型、氟化钙型、尖晶石型或钙钛矿等固溶体结构，从而表现出优异的性能，尤其在能源存储材料和磁性材料方面有十分广阔的应用前景，但目前对高熵氧化物应用研究较少。本工作介绍了国内外高熵氧化物的制备方法，主要包括固相法、热解法、共沉淀法、水热合成法和液相燃烧合成法等，比较了各方法的优缺点和发展前景；归纳了高熵氧化物作为锂离子电极材料、巨介电材料、磁性材料和催化材料等方面的应用；指出了高熵氧化物目前研究存在的问题，讨论了解决措施，展望了高熵氧化物未来的发展趋势。     

不同弧电流对AlCrBN涂层结构和性能的影响

目的 提高涂层刀具在高速工况下的切削寿命。方法 利用电弧离子镀技术在高速钢试样块和刀具表面制备不同弧电流（60、80、100 A）的AlCrBN涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、轮廓仪、洛氏压痕仪、划痕仪、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验仪和切削试验对涂层的微观结构和性能进行研究分析。结果 AlCrBN涂层的物相成分为固溶的fcc-(Cr,Al)N相以及少量的CrB2和fcc-BN相。随着AlCrB靶弧电流由60 A增至100 A，表面粗糙度Sq值由197 nm增至208 nm，Sa值由107 nm增至113 nm；显微硬度由3574HK0.05先增至3890HK0.05，再降至3209HK0.05；结合强度Lc2由57 N增至63 N，再降至55 N，均呈现先增后减的趋势。不同弧电流制备的AlCrBN涂层的磨损率依次为0.69×10-15、0.38×10-15、0.84× 10-15 m3/(N?m)，涂层的磨损机理均为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。切削结果显示，AlCrBN涂层刀具在切削速度VC为60 m/min和191 m/min条件下的切削寿命均高于AlCrN涂层刀具，且80 A条件下制备的AlCrBN涂层刀具切削寿命均最长，分别为9 m和6 m。切削速度60 m/min条件下的磨损机理：初期为磨粒磨损，中期为磨粒磨损和粘着磨损，后期为粘着磨损。切削速度191 m/min条件下的磨损机理：初期和中期为磨粒磨损和粘着磨损，后期为粘着磨损。结论 AlCrBN涂层刀具与AlCrN涂层刀具相比，切削性能更加优越，并且80 A条件下制备的AlCrBN涂层的综合性能最优。     

γ/ε双相Fe-19Mn合金在拉伸变形过程中的组织演变和加工硬化行为

采用OM、EBSD、TEM、XRD和拉伸实验等方法,研究了γ-奥氏体/ε-马氏体双相Fe-19Mn-0.0017C(质量分数,%)合金在拉伸变形过程中的组织演变和加工硬化行为。结果表明,Fe-19Mn发生了变形诱导马氏体相变,并且随着变形量的增加,相变过程由以γ→ε相变为主转变为以ε→α'相变为主。对比分析加工硬化率的变化与相含量的变化,表明ε→α'相变比γ→ε相变具有更高的加工硬化能力。同时,在变形过程中,ε-马氏体不仅发生了位错滑移,还形成了■孪晶,以满足ε-马氏体的变形协调。在γ→ε和ε→α'双重相变引起的相变诱导塑性(TRIP)效应、γ-奥氏体/ε-马氏体/α'-马氏体中的位错滑移,以及ε-马氏体的孪生变形等机制的共同作用下,Fe-19Mn的抗拉强度和总延伸率分别达到722 MPa和31%,显示出良好的强塑性匹配。     

AlN对铁基合金等离子喷焊层组织和摩擦磨损性能的影响

目的 加入AlN提高铁基合金的摩擦磨损性能。方法 采用PTA-400E3-HB等离子喷焊设备在Q235钢表面制备添加AlN的铁基合金喷焊层。通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）研究喷焊层的组织和相结构。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机和台阶仪对喷焊层的硬度和摩擦磨损性能进行测试。结果 添加AlN的喷焊层主要物相为α-Fe、γ-Fe和(Fe,Cr)7C3。未添加AlN的喷焊层由等轴晶组成，添加AlN的喷焊层呈现柱状树枝晶，且随AlN量增加，树枝晶组织愈加粗大。添加1%AlN喷焊层的平均显微硬度最高，为(890.1±46.8)HV0.3，比铁基喷焊层的显微硬度高131.6HV0.3；当AlN含量增加，未转变奥氏体量增加，导致喷焊层的硬度降低。加入AlN的喷焊层的摩擦系数均降低，摩擦系数稳定在0.40~0.57之间。当AlN添加量为3%时，喷焊层的磨损形貌最光滑，磨损率为1.15×10-14 m3/(N?m)。添加AlN后，喷焊层的磨损机理从之前的粘着磨损变为磨粒磨损。结论 添加AlN能提高铁基喷焊层的摩擦磨损性能。     

Ni含量对淬火态含Cu时效钢显微组织的影响

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射等研究了Ni含量对淬火态含Cu时效钢显微组织和精细结构的影响。结果表明,随着Ni含量增加,含Cu时效钢显微组织由贝氏体组织逐渐向马氏体组织转变,显微硬度增加;原奥氏体晶粒尺寸随Ni含量增加略有增加,但马氏体板条宽度略有减小,马氏体变体与原奥氏体晶粒取向关系符合K-S关系。     

AlCrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能*

针对 AlCrSiN 涂层难以满足高速干式切削加工的需求,通过添加 B 元素,利用多弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备高速干式切削性能优异的 AlCrBSiN 涂层。采用 X 射线衍射仪、扫描电镜、高温退火炉、测力仪以及数控车床表征涂层的结构、高温性能及高速干式切削性能。结果表明,不同 B 含量（0 at.%, 0.64 at.%和 1.03 at.%）的 AlCrBSiN 涂层中的相结构均为固溶的（Al,Cr）N 相,B 和 Si 元素主要以非晶 Si₃N₄和 BN 的形式存在,B 和 Si 元素均能够起到细化晶粒的作用;B5 涂层（0.64 at.%）显示出较好的结合强度（L_c2值为 52.8 N）,而 B10 涂层（1.03 at.%）的硬度最高（3 618±71 HK_0.05）;高温退火试验显示 B5 涂层具有最佳的高温稳定性能,而高速干式车削结果进一步表明 B5 涂层车刀切削力最小,切削寿命最高 （17 min）,与未添加 B 的 AlCrSiN 相比提高了 21%。涂层刀具后刀面的主要磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损,前刀面的主要磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损和粘结磨损。B 元素可以提高 AlCrBSiN 涂层刀具的高温稳定性能和高速干式切削性能。所制备的 AlCrBSiN 涂层能有效提高刀具表面的高温和抗切削磨损性能,在高速干式切削领域具有较好的应用情景。     

温度对WC-WB-CoCr涂层高温摩擦磨损性能的影响

采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备了WC-WB-CoCr涂层,研究了温度对WC-WB-CoCr涂层高温摩擦磨损性能的影响。通过SEM、XRD和显微硬度仪对涂层的微观组织、相结构和力学性能进行表征。通过摩擦磨损试验机和拉曼光谱仪研究了WC-WB-CoCr涂层的高温摩擦学性能和氧化产物,采用台阶仪扫描磨痕形貌并计算WC-WB-CoCr涂层的磨损率。结果表明：WC-WB-Co-Cr涂层主要由WC和CoW₂B₂组成,涂层结构致密,与基体结合紧密;随着磨损试验温度升高,涂层的摩擦系数从0.66降低到0.57,涂层的磨损率随着温度的升高而升高,但是其磨损率增长程度随着温度的升高而降低。在高温磨损过程中,磨痕表面的氧化膜主要由WO₃和CoWO₄组成,且CoWO₄比WO₃表现出更好的耐高温磨损性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损和粘着磨损。     

基于热加工图的双相不锈钢热成形机制及工艺优化

采用Gleelbe-3500热力模拟试验机对2507双相不锈钢在900～1 150℃,以0.01～10 s^-1的应变速率进行了单向热压缩试验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响。根据热压缩变形时的真应力-真应变曲线获得双相不锈钢基于动态材料模型理论的热加工图,并通过金相检验对热加工图进行验证。结果表明：2507双相不锈钢的真应力-真应变曲线有两个特征,即高温或应变速率较大时的动态回复和低温或应变速率较小时的动态再结晶。根据热变形方程计算得到该双相不锈钢的热变形激活能Q为473.01 kJ/mol,并构建了峰值应力本构方程。结合不同变形条件下的应力-应变曲线和显微组织,建立了2507双相不锈钢的热加工图,并确定了其最佳的热加工工艺区间为变形温度950～1 100℃,应变速率0.01～0.85 s^-1,该区域的功率耗散系数均大于0.3,发生了明显的奥氏体动态再结晶。     

预制表面梯度应变层增强高铁制动盘的耐磨性能EI北大核心CSCD

随着客运铁路高速化,列车制动盘的磨损日益加剧,严重威胁列车服役的安全性。为了提高低碳马氏体钢制动盘的耐磨性,采用表面机械研磨处理(SMAT)技术在材料表面制备梯度组织,进而延长材料的服役寿命。结果表明:经SMAT处理后,样品表面形成厚约180μm的梯度应变层,切应变沿深度呈梯度分布。板条马氏体被挤压成塑性流线,在最表层形成亚微米晶和条状结构。微米划痕试验发现,样品表层材料的硬化率和摩擦性能随着深度呈梯度变化,耐磨性相比基体增强了1.2倍。在循环应力作用下,靠近样品表面的马氏体晶粒被细化,最表层材料的位错密度比基体提高了14.6倍,从而提高了制动盘钢的表面硬度和耐磨性。此外,与其他铁路耐磨材料相比,样品表现出较高的应变硬化速率。研究成果可为制动盘梯度应变层的工程应用提供参考。     

冶炼工艺对大热输入海洋工程用钢E36N组织性能的影响研究

采用新工艺及传统工艺冶炼的两种海洋工程用正火态钢E36N进行热输入为200 kJ/cm的焊接热影响区热模拟实验,在-20℃的条件下检测焊接热模拟试样的冲击功值,在光学显微镜下观察其金相组织,在扫描电镜下观察冲击断口形貌以及夹杂物情况,研究在相同的大热输入条件下,两种冶炼工艺得到的E36N钢的熔合线附近的粗晶热影响区组织及其低温韧性。结果表明,传统工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织主要为贝氏体+少量铁素体,热影响区(HAZ)的低温韧性较差。新工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织为少量晶界铁素体、少量多边形铁素体及大量针状铁素体,HAZ具有良好的低温韧性。