Al、Ti、V和Cr促进高熵合金BCC相形成能力的研究

定量研究了Al、Ti、V和Cr促进CoFeMnNi基高熵合金形成BCC相的添加量,结合元素周期表分析了相关规律。使用真空熔炼炉炼制了CoFeMnNi基高熵合金,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计分析了合金的组织结构和硬度。结果表明,CoFeMnNi合金为单一FCC相结构,Al、Ti、V和Cr四种元素单独添加到合金中出现BCC相的添加量分别是0.6、0.6、1和2 mol;促进BCC相形成能力的顺序是Al>Ti>V>Cr;对于元素周期表第4周期的过渡族元素,序号小于25的元素是BCC形成元素,序号越小越有利于在高熵合金中形成BCC相。当合金有BCC相形成时,合金的硬度升高;随BCC相的增加,硬度增加,合金脆性变大。合金含钛2 mol后,合金抗腐蚀能力提升明显,即使在王水腐蚀120 s仍然没有明显的腐蚀痕迹。     

Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层的组织与性能

本文采用真空电弧熔炼技术与冷喷涂辅助感应重熔制备Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层,采用XRD、SEM、显微硬度计、磨料磨损试验机对高熵合金及涂层的相结构、微观组织以及耐磨损等性能进行测试分析。研究结果表明:真空电弧熔炼技术制备的Fe0.5CrMnAlCu高熵合金的相结构为FCC和BCC相固溶体结构,其组织形貌主要由枝晶和枝晶间组织构成,冷喷涂辅助感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层的相结构为单一的BCC 结构,其组织形貌由枝晶和枝晶间组织构成。由于感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层较电弧熔炼制备的高熵合金有更大的晶粒尺寸,同时涂层的原子尺寸差δ大于合金的原子尺寸差,这导致感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层的硬度是真空电弧熔炼高熵合金的1.37倍,其磨损率比真空电弧熔炼制备的高熵合金磨损率降低18%。真空电弧熔炼与冷喷涂辅助感应重熔制备Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层的磨损机制主要是粘着磨损、磨粒磨损。     

CoCrFeNiMn系高熵合金热力学研究

热力学性质在高熵合金设计中起着重要作用,利用可靠的热力学模型进行理论计算来获取合金关键热力学数据已成为一种重要而有效的途径。利用现有二元热力学数据和改进的分子相互作用模型(M-MIVM)对CoCrFeNiMn系高熵合金固溶体的混合吉布斯自由能、混合焓、混合熵、过量吉布斯自由能、过量熵进行预测,同时考虑原子尺寸差异,从热力学角度评估该高熵合金形成的可能性、相稳定性和结构稳定成分。研究结果表明：CoCrFeNiMn体系满足高熵合金的热力学判据,易于形成五元高熵合金;在低Fe、高Ni和高Mn的条件下,该合金体系的混合自由能更负,结构越稳定,Co_0.15Cr_0.15Fe_0.1Ni_0.3Mn_0.3是一个较优的合金成分设计方案;在高温条件下,该合金体系的混合自由能显著下降,合金稳定性增强。研究可为CoCrFeNiMn系高熵合金设计提供较为可靠的热力学数据和理论指导。     

高温合金的VIM超纯净熔炼

本论述了VIM超纯净熔炼高温合金工艺方法的特点及应用,讨论了高温合金VIM熔炼的辅助工艺措施。     

Cr对Al-Cr-Cu-Fe-Ni高熵合金组织与硬度的影响

研究Cr含量对AlCrxCuFeNi(x=0.5,1.0,1.5,2.0)合金的组织与硬度的影响.利用真空电弧炉熔铸AlCrxCuFeNi高熵合金,通过金相显微镜与X射线衍射分析合金的显微结构,用显微硬度仪检测合金的显微硬度.结果表明,合金的铸态组织是典型的树枝晶,AlCrxCuFeNi高熵合金具有面心立方(FCC)和体心立方结构(BCC);AlCrxCuFeNi(x=0.5,1.0)的硬度随Cr含量的增加而增加,AlCr1.5 CuFeNi的硬度降低,AlCr20CuFeNi的硬度又回升.高熵效应使AlCrxCuFeNi合金具有简单的晶体结构,Cr含量对AlCrxCuFeNi合金的硬度影响是晶体结构、固溶强化和晶格畸变因素综合作用结果.     

含镁轻质高熵合金的研究进展

镁被誉为21世纪绿色金属结构材料,在交通、航空等轻量化需求领域中具有广阔的应用前景。然而镁合金的绝对强度及塑性加工能力有限,极大程度地限制了镁合金的应用。近年来,由5种或5种以上等物质量比或近等物质量比金属形成的高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等优异性能,成为最具发展潜力的新材料之一。高熵合金的独特设计理念为镁合金的强度和塑性的综合提升提供了有效的借鉴。采用镁等低密度组元可显著降低高熵合金的密度,同时又兼具高熵合金的优异性能,如含镁轻质高熵合金Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀的密度仅有2.67g·cm^-3,但硬度可达5.9 GPa。对含镁轻质高熵合金的设计制备、微观组织及性能的研究进展进行了总结归纳,概括了当前研究中存在的问题,对含镁轻质高熵合金的未来进行了展望,旨在为含镁轻质高熵合金的研究提供一定的参考。     

AlFeNiSiTi高熵合金粉末的制备及性能研究

为了制备新型可用于激光熔覆的高熵合金粉末,使用Al、Fe、Ni、Si、Ti单质元素粉末,采用机械合金化的方法成功地制备出了AlFeNiSiTi非晶高熵合金粉末,通过X射线衍射仪(XRD)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM)、震动样品磁强计、热分析仪、真空管式炉以及显微硬度计等对合金粉末进行了分析.研究发现,随着球磨时间的...     

物理气相沉积高熵合金涂层/薄膜性能研究进展

高熵合金多主元素混合会导致高混合熵、严重的晶格畸变、缓慢扩散效应及鸡尾酒效应等,因此表现出迥异的特性,如具有优异的力学性能、热稳定性、耐蚀性、耐磨性、抗氧化性、抗压强度等。将高熵合金的设计理念同表面涂层/薄膜技术相结合制备高熵合金涂层/薄膜,这种薄膜通常展现出同块体高熵合金的相似性能,甚至优于块体高熵合金,在诸多领域具有巨大的应用潜力。重点总结了典型高熵合金涂层/薄膜的的硬度、弹性模量、热稳定性、耐腐蚀性能及耐磨性能的研究进展,并展现了提高高熵合金涂层/薄膜的性能方法及其机理,最后对高熵合金涂层/薄膜的光能吸收涂层、辐射耐受性、生物腐蚀、电子、耐磨性等未来发展方向进行了一定的展望。     

多组元高熵合金制备方法的研究现状

综述了高熵合金制备方法的最新研究进展,并对成形方式按固、液、气三相进行分类,对比讨论了每种方法的制备过程、工艺特点以及所制备的高熵合金的特性,最后对高熵合金制备方法的发展趋势进行了展望。     

热处理对AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金组织与性能的影响北大核心

采用真空吸铸制备了AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金,并分别在600、800和1100℃进行退火处理。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、万能力学试验机等对不同热处理温度下的合金微观组织结构及力学性能进行了研究。结果表明:铸态和热处理态的AlFeCoCrNiTi_(0.2)高熵合金均为体心立方结构,热处理后由BCC1析出BCC2相形成双相组织(原生相BCC1+析出相BCC2);600℃热处理时的合金硬度为672 HV、弹性模量655.7 GPa、压入深度283.4 nm,压缩塑性28%,断裂强度达到1.75 GPa。而800和1100℃的合金硬度降低,主要是由于BCC相分解形成双相BCC(BCC1+BCC2)固溶体结构,两相间的明显分离使合金强度降低。     

基于铝热反应多主元合金的成分调控研究

近年来,多主元高熵合金由于其组织、结构和性能可调性受到了广泛的研究,目前高熵合金常用的制备方法有熔炼法和粉末冶金法,而本文基于一种快速高效的高熵合金制备方法-铝热法,对多主元合金的成分调控进行研究。采用Fe3O4、Co3O4、Ni2O3、CrO3和MnO2五种氧化物经铝热反应后获得10种二元合金、10种三元合金、5种4元合金和1种5元合金,利用SEM、EDS等表征技术对多主元合金进行显微组织观察与元素分析,探究了多种不同氧化物铝热反应的负焓值与铝热还原产物成分之间的对应关系,进而推广到多种氧化物铝热反应的负焓值与反应后成分之间的一般规律,并提出对应的函数关系式,并基于此制备了近似等摩尔比的CoCrFeNiMnAl高熵合金,从而实现对铝热法制备多主元高熵合金的成分的调控。并对CoCrFeNiMnAl高熵合金的性能进行研究,该合金硬度为508.1 HV0.5,摩擦系数和磨损率分别为0.73和4.78×10-5 mm3/N·m,在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为1.097×10-6 A·cm?2和-0.347 V。     

Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金微观组织及性能的影响

采用铝热反应法制备了CoCrFeNiMnAlCux（x=0.2、0.4、0.6和0.8）高熵合金,研究了不同Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金的微观结构、硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明: CoCrFeNiMnAlCux高熵合金结构由体心立方结构（BCC）和面心立方结构（FCC）组成,且FCC相随着Cu含量的增加而增加。在Cu0.2合金中Cu元素分布均匀且未发生偏析,组织分布较为均匀;随着Cu进一步增加,富Cu相逐渐在Cu0.4和Cu0.6合金中偏析。当x=0.8时,Cu由于与合金中其他元素之间的正混合焓,而大量在晶界处析出。当Cu含量从0.2增加至0.8时,硬度、耐磨性和耐蚀性先升高后下降,磨损机制由最开始的磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,最后又转变为磨粒磨损。其中CoCrFeNiMnAlCu0.6合金展示了最佳的性能,硬度、磨损率和腐蚀电流分别为564HV0.5、4.187×10-5 mm3/N·m和1.17×10-6A·cm2。     

碱激发铜镍水淬冶炼渣制备充填胶凝材料研究

为研究某铜镍矿产出的铜镍水淬冶炼渣大宗量处置技术,基于铜镍水淬冶炼渣制备充填胶凝材料的可行性和技术工艺,本研究开展了冶炼渣粉磨试验和激光粒度分析、基于冶炼渣的碱激发胶凝材料配比正交试验、充填体试块单轴抗压强度试验、充填体试块及胶凝材料净浆试块SEM测试,结果表明:该铜镍矿冶炼厂产出的铜镍水淬冶炼渣有一定的火山灰活性,但其火山灰活性较低;实验室配制的碱激发剂对该铜镍水淬冶炼渣激发作用不明显;该冶炼渣的最佳粉磨时间为50min,D(0.5)为28μm。在普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料的碱性充填料浆中,冶炼渣的掺入引起了钙矾石生成量的增加,随着粉磨冶炼渣粒径的减小,冶炼渣颗粒表面的溶蚀现象越来越明显。     

某镍冶炼炉渣深度还原过程中的动力学分析

以某冶炼闪速炉渣和煤为原料研究了深度还原过程中的反应动力学。确定了反应温度和反应时间对铁还原速率的影响。试验结果表明,随着反应温度的提高和反应时间的延长,铁的金属化率在一定范围内逐渐增加并达到一极限值。建立了1200~1350℃下Fe O与碳反应的动力学方程,并计算了传质活化能。试验表明,炉渣与碳深度还原化学反应速率由Fe O从液态炉渣内部向反应表面的传质系数所控制,随着反应温度的升高,Fe O的传质系数逐渐变大,随着反应的不断进行,传质系数逐渐变小,反应的传质活化能为200~350 k J/mol。     

炼铜转炉渣中铜铁的选矿研究

叙述了转炉渣的一般特性和影响其可选性的主要因素,介绍了从某铜冶炼厂转炉渣中选别回收铜、铁的试验研究情况,提出浮选中矿与磁性矿合并再磨再选的工艺流程,并就转炉渣选矿的主要特点进行了分析讨论。     

铜冶炼白烟尘酸化焙烧工艺研究

针对云锡铜业高砷高锡低铜白烟尘,开展酸化焙烧选择性脱砷的研究,考察活性炭配比、浓硫酸配比、焙烧温度、焙烧时间对砷、锡、铅、锌、铋、铜挥发率的影响。在焙烧温度450 ℃、焙烧时间3 h、活性炭加入量5%、硫酸加入量30%较优条件下,白烟尘砷挥发率为94.28%,锡、铅、锌、铋、铜挥发率分别为2.34%、3.71%、2.96%、1.43%、1.64%。酸化焙烧实现了砷的选择性挥发,使白烟尘中的砷形成开路,为后续有价金属的分别回收创造了有利条件。     

真空蒸馏分离铝镁合金的研究

首先采用MIVM计算了Al-Mg合金组元的活度,平均相对偏差和平均绝对偏差分别小于±2.231%、±0.035,表明采用MIVM计算Al-Mg合金组元的活度是可靠的。在此基础上,结合气-液平衡(VLE)理论,计算了Al-Mg合金体系的气-液平衡,并绘制了VLE相图,结果表明：蒸馏过程中铝、镁分别在液相和气相富集,二者能实现较好分离。开展了Al-Mg合金真空蒸馏实验,获得了VLE实验数据,并考察了蒸馏温度、保温时间对镁挥发的影响。结果表明：VLE计算值与实验值吻合,表明本研究建立的VLE计算模型是可靠的。另外,在蒸馏温度1373K、系统压强10~15Pa、保温时间120min条件下,镁的挥发率高达99.98%,直收率达到98.65%;残余物中Mg含量降至0.0017%。本研究为真空蒸馏回收铝镁合金废料奠定了理论及实践基础。     

利用冶炼渣制备地聚合物胶凝材料的正交试验研究

以铅锌冶炼渣为硅铝原料,脱硫石膏和水玻璃为激发剂制备了地聚合物胶凝材料。正交试验研究了冶炼渣预粉磨时间、冶炼渣与激发剂混磨时间、脱硫石膏掺量和水玻璃掺量4个因素对地聚合物抗压强度的影响。结果表明:当冶炼渣预粉磨60min、冶炼渣与激发剂混磨70min、脱硫石膏掺量为4wt%、水玻璃掺量为9wt%时,所制的地聚合物3d、7d和28d龄期的抗压强度均较高,分别达到26.03MPa、31.22MPa、36.48MPa。XRD和SEM分析表明:地聚合物的微观结构致密性较好,非晶态凝胶体将未反应完的冶炼渣颗粒紧紧胶结在一起,并有针状钙矾石穿插其中,从而有助于抗压强度的提高。