各类高熵合金的研究进展

随着科学与技术的不断发展,传统合金已无法满足现代工业发展的要求,迫切需要一种具有优异性能的新型合金材料来满足工业发展的需求。高熵合金是在传统合金的基础之上提出的,其具有比传统合金更优异的性能,所以对高熵合金的研究具有重要的价值。高熵合金是由5种及5种以上主元构成,且每种主元的原子分数5%并35%。阐述了块体高熵合金、薄膜状高熵合金、丝状高熵合金以及粉末状高熵合金的研究现状以及取得的进展。     

医用钛系高熵合金的设计与进展

与传统合金相比,新型多主元的高熵合金,因其高构型熵而具有高强度、高耐磨和高耐蚀等优异性能,有望克服传统合金在医学行业应用中的不足,因此,高熵合金具有很高的学术研究价值和应用潜力.本文总结了医用钛系高熵合金元素的筛选、相预判及生物相容性的研究现状,并简要介绍了医用钛系高熵合金的成分设计思路,展望其未来发展趋势及尚待解决的问题.     

基于专利数据的高熵合金技术态势分析

该文对全球钛高熵合金专利进行专业检索、数据提取和分类分析,从而了解全球高熵合金技术专利的整体概况。从高熵合金的专利申请时间与地理分布、专利申请机构与技术构成、重点专利、高被引专利以及同族专利等角度揭示了全球高熵合金技术专利的态势。结果显示,我国高熵合金技术专利申请数量多,专利申请机构集中于高校,技术聚焦于激光熔覆、预合金化以及共晶等主题。     

几种AlCrNbTiVSi高熵合金的微观组织研究

利用真空非自耗电弧炉熔炼了AlCrNbTiV等物质的量高熵合金铸锭、AlCrNb2Ti2V0.5非等物质的量高熵合金和AlCrNb5TiVSi六元合金。分别对这3种合金进行了OM、XRD、SEM和EDS分析;研究了合金中的物相组成、微观组织和成分分布规律。实验结果表明,AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金都只形成了BCC结构高熵固溶相,且未产生金属间化合物相。而AlCrNb5TiVSi合金尽管配位熵很高,但由于Si的电负性,生成了离散分布的Nb5Si3金属间化合物。对AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金在单个晶粒中的成分分布进行分析,发现在高熵效应作用下,合金各元素含量波动较小,平均偏差均小于2%(原子分数),但两种合金元素含量存在微弱的变化趋势,如Nb在晶粒中心的含量比晶粒边缘略高,而另一些元素如Cr则恰好相反,表明在凝固和形核过程中仍然不可忽略元素熔点和原子半径效应。     

电火花沉积高熵合金涂层的研究现状与展望

基于高熵效应的多主元合金克服了传统高熵合金(HEA)的弊端,形成了综合性能优异的简单固溶体.最初,高熵合金的设计理念主要通过块状高熵合金来实现,随着人们对高熵合金的深入研究,高性能高熵合金涂层的概念被提出来.但是,现有的磁控溅射、热喷涂和激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在厚度低、孔隙率高、对异形关键部件涂层可达性差等问题,严重阻碍了高熵合金涂层在航空航天领域的应用.电火花沉积技术不但具有绿色、节能、省材等优势,而且针对细长管内壁和弯曲弧面等结构特征的关键件,电火花沉积高熵合金涂层的厚度均匀、可达性良好.除了对涂层制备工艺的探索外,众多学者还通过高熵合金涂层设计的五大效应之一"鸡尾酒效应"改变组元进行调配以及添加WC等硬质颗粒和稀土元素来达到涂层所需的组织和性能.最后,研究者往往会在涂层制备之前采用正交试验等手段优化高熵合金涂层制备的工艺参数,提高涂层所需要的性能.本文详细介绍了高熵合金设计原理及不同技术制备高熵合金涂层的研究进展,总结了不同高熵合金涂层体系结构与性能之间的关系,并指出利用电火花沉积高熵合金涂层作为表面改性手段的发展前景.     

高熵合金强韧化机制研究进展

高熵合金由于其独特的多主元元素组成,具有很多超越传统合金的性能,包括良好的低温强韧性和高温强度、 结构稳定性等,是未来合金研发的重要方向.总结了近10年来在高熵合金强韧化机制方面的研究进展,列举了如位错强化、 变形诱导孪晶(twin induced plasticity,TWIP)强化、 变形诱导相变(transfor...     

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。     

耐磨高熵合金制备工艺研究进展

耐磨高熵合金具有主元多、强度高、硬度大、磨损率低和耐高温等特征,应用前景广阔,是近几十年发展起来的一种新型耐磨材料。围绕耐磨高熵合金的主要制备工艺与耐磨性能的影响因素两方面,对近年来耐磨高熵合金的主要研究进展进行了综述。重点阐述了固、液、气态成型的耐磨高熵合金制备技术,总结了影响高熵合金耐磨性的因素,包括金属元素与非金属元素在内的多种元素对高熵合金耐磨性能的影响,说明了高熵合金及其碳氮化物涂层耐磨性能的研究进展。耐磨高熵合金的制备工艺较多,应根据合金形态成分的不同选择合适的制备方法;通过添加金属或非金属元素诱导硬质相析出仍是提高合金耐磨性能的主要手段;有些高熵合金或高熵合金涂层在高温、润滑等条件下也能够表现出优异的耐磨性能。     

高熵合金基复合材料研究进展

高熵合金基复合材料以其结构简单、性能优异以及较大的应用潜力在材料表面工程方面日益受到人们的关注。综述了块状高熵合金基复合材料及高熵合金基复合材料涂层的研究现状,并着重介绍了上述复合材料的制备工艺及性能特点。     

高熵合金新材料的研究进展

高熵合金是最近发展起来的新型多主元合金,一般由五种以上主要元素构成,每种元素的摩尔含量在5%～35%之间.因此,高熵合金的组织和性能特点在许多方面有别于传统合金.本文阐述了高熵合金的定义、特性以及相关热力学原理,介绍了最近几年来国内外在高熵合金领域取得的实质性进展.     

高熵合金抗氧化性能研究现状及展望

高熵合金作为一种新型的合金体系表现出良好的力学性能及其他功能特性,在近十几年的发展中出现了一系列力学性能优异的合金体系。3d过渡元素高熵合金即使在低温(77K)下也具有良好的断裂韧性,难熔高熵合金在高温下具有远高于高温合金的强度,轻质高熵合金具有极高的比强度。另外,相比于传统合金,高熵合金还具有更多的成分、结构设计空间。而在实际的工业应用中,不仅需要讨论材料的力学性能,也需要注意材料的耐环境性能,尤其是抗氧化性。近年来,研究者们也意识到高温条件下快速氧化限制了高熵合金的高温应用性。合金元素的添加及其含量是影响高熵合金抗氧化性及应用的关键因素。通过添加适量的抗氧化组元来提高传统合金及高熵合金的抗氧化性是目前研究的主要方法。目前已经出现了一些兼具优良高温力学性能和抗氧化性的合金体系,如AlCrMoTi-M体系,其中AlCrMoNbTi在1000℃时不仅具备良好的力学性能,还具有优异的抗氧化性能。研究证实在合金中添加Al和Cr元素能够有效地提升高熵合金的抗氧化性能,另外通过形成一些复合氧化物也能为合金提供较好的保护。然而,研究者也发现一些元素的组合将会降低材料抗氧化性能,如含Al合金中添加Ti,含Cr合金中添加Nb都会使本应形成的保护膜失效。本文介绍了高熵合金基本的氧化行为,总结了目前相关报道的高熵合金中Al、Cr、Si等关键合金元素和其他常用元素对高熵合金抗氧化性能的影响。通过对目前的数据分析,为平衡高熵合金力学性能与抗氧化性能、腐蚀性能等综合性能的设计提供参考,为高熵合金的工业应用提供思路。     

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。     

合金元素对CoCrFeNi基高熵合金相组成和力学性能影响的研究现状

基于多主元设计理念的高熵合金(又称多主元合金)虽然组成元素复杂,但能形成简单结构的固溶体,并具有优异的性能,已成为当前高性能金属材料的研究热点之一。目前的研究主要集中在固溶体形成条件、成分种类、含量、组织结构及不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响等方面。学者们还界定了形成固溶体时合金混合焓、原子半径及价电子浓度(VEC)的范围。当前的研究以CoCrFeNi基合金最为广泛,主要研究目标包括提高BCC型合金的塑性或FCC型合金的强度,以及开发具有良好的可铸性、易适应大规模生产的共晶高熵合金。通过降低晶粒尺寸、热处理和引入新元素等方法,使高熵合金产生晶界强化以及析出细小、弥散的第二相,从而有效地强化FCC基体。通过一系列的合金设计,研究出一些低成本、高性能的合金,进而也可用于一些高性能要求的零件或制备成高性能涂层。本文综述了合金元素Al、Cu、Ti、Mn、Mo、Pd、Nb及两种元素协同作用对铸态CoCrFeNi基高熵合金的相组成和力学性能的影响。通过对比发现,不同元素由于其原子半径、电负性以及与其他元素的结合力不同对高熵合金的相形成产生不同的影响,从而影响其力学性能。Al、Ti和Mo等原子半径较大元素的添加会产生固溶强化,使得合金的硬度增大。同时,Al元素的添加会因形成有序的B2相而产生第二相强化;部分合金还能形成共晶高熵合金。Ti和Mo元素由于与其他元素的混合焓较小容易形成复杂的化合物使得合金变脆。而Cu与其他元素混合焓较大,易优先在枝晶间析出。铸态下Mn含量的变化不影响合金的晶体结构,合金为FCC相。经过时效处理后,Mn含量高的合金有少量σ相析出。添加Nb元素后,合金由于Laves相的出现强度增加且变脆。此外,还对添加Pb元素后合金的饱和磁化性能以及部分合金的耐腐蚀性等进行了综述。本文可为高熵合金的成分设计及研究提供参考。     

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。     

Zr元素对AlFeCrCoCuZr_x高熵合金组织及腐蚀性能的影响

对铸态AlFeCrCoCuZr_x(x=0,0.5,1)多组元高熵合金的微观组织、硬度及其在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能进行了研究。研究表明:合金微观组织为典型的树枝晶结构,随着Zr元素的加入,枝晶由单一的BCC相转变为由两相组成,而枝晶间由富Cu的FCC相组成并保持不变。合金硬度随Zr元素的增加而提高,AlFeCrCoCuZr合金的硬度达到698HV。合金在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能均优于304L不锈钢,但随着Zr含量的增加,合金的耐蚀性降低。     

高熵合金性能特点与应用展望

新材料的开发与应用不断的影响着社会的发展与进步。高熵合金是以构型熵为主设计的一类新型多组元材料,是近年来涌现出来的具有优异性能的金属材料。由于其化学无序同时又短程有序的结构特点,具有高韧、高硬、高耐蚀、耐辐照、高热稳定等诸多独特的性能和应用前景,因而受到了越来越多的关注。本文回顾了高熵合金材料的发展现状,尤其基于高熵合金的结构特性对其性能特点进行了总结和探讨。     

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。     

多主元高熵合金研究进展

多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架,是一种新的合金设计理念.高熵合金具有许多有别于传统合金的组织和性能特点.重点介绍了高熵合金的定义、组织和性能特点及其应用,并介绍了该方向的一些研究进展.     

难熔高熵合金研究进展

高熵合金是近年来的新兴领域,与传统合金不同,其一般是由五种或者五种以上主要元素组成,每种主元的含量在5％～35％(原子分数)之间,多种元素混乱排列却拥有简单的相结构,高熵合金的优点显著,发展空间巨大.以难熔金属元素为基础的难熔高熵合金近年来大受关注,含有3种及以上的难熔金属组成的高熵合金称为难熔高熵合金,由于难熔金属的...     

激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究进展

高熵合金是由五种或五种以上元素按照等物质的量比或近等物质的量比进行混合形成的合金,具有杰出的力学性能、物理及化学性能,应用潜力巨大。作为一种新型的表面处理技术,激光熔覆与高熵合金相结合,为高熵合金的应用开辟出了又一空间。介绍了目前国内外采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究现状,并展望了其发展前景。