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。     

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。     

高熵合金的锯齿流变研究进展

随着高熵合金得到广泛关注，对其变形过程中的锯齿流变现象的研究也与日俱增。目前对高熵合金锯齿流变的研究主要分为低温、室温和高温3类。研究结果表明，高熵合金在多种温度和应变速率下变形都会表现出明显的锯齿流变现象，且锯齿形成机理也因试验环境和合金成分的不同而有所不同。主要从3种温度下论述高熵合金中的锯齿流变现象，并对高熵合金锯齿流变研究进行展望。     

高熵合金强化机制的研究进展

高熵合金是一种多主元合金, 相比于传统单一主元合金具有不同的变形机制和强韧化机制。现有的研究结果表明,高熵合金的强韧化潜力明显优于传统合金,是一种极具应用前景的新型结构材料。本文综述了近年来高熵合金在强化机制领域的研究进展,对高熵合金的多种强化机制进行了讨论分析,并指出了影响高熵合金强化的因素,最后给出了高熵合金强韧化研究的方向。     

高熵合金的变形行为及强韧化

高熵合金是近年来涌现出的一种新型金属材料。不同于传统合金设计以1种或2种元素为主添加其它合金元素为辅的方案,高熵合金由多种元素以等原子比或近等原子比的成分组成,具有独特的原子结构特征,因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能。自高熵合金被首次报道以来,目前已经研发出了一系列的高熵合金体系,在物理、化学、热力学性能方面显示出独有的优势,尤其在力学行为方面显示出高强、高硬、耐磨、耐蚀、抗高温软化等优异的性能,在国际学术界引起了广泛的关注和研究兴趣,已经成为新的研究热点。本文从高熵合金变形机理研究存在的挑战出发,主要综述了高熵合金的力学性能和变形行为特点,已经提出的强韧化方案及相关机理,并对未来高熵合金变形行为的研究进行了简单展望。     

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。     

多主元高熵合金的凝固组织及晶粒细化进展

多主元高熵合金将成分设计范围延伸到多元相图纵深区域,其没有明确的溶剂和溶质区别,因此此类合金具有更加复杂的成分、独特的原子结构和高混合熵,表现出很多不同于传统固溶体的独特性能。这些独特特征也决定了多主元高熵合金的凝固行为区别于传统合金,尤其是溶质再分配、凝固组织形成和晶粒细化方法等方面。从多主元高熵合金的成分角度出发,主要综述了典型多主元高熵合金体系的凝固组织特征、成分偏析和晶粒细化方法,并对多主元高熵合金凝固行为和组织调控的研究进行了展望。     

间隙强化FeMnCoCr亚稳高熵合金及其低温/临氢服役性能研究进展

以马氏体/孪晶相变为主要变形机制的FeMnCoCr系亚稳高熵合金以其优异的综合力学性能,倍受结构材料研究领域的关注,在氢能储运、吸能保护和深空深海等领域极具应用潜力,尤其是深低温/临氢等复杂服役场景增多,复杂的场景对金属结构材料提出了更严苛的性能要求。非金属元素间隙/置换强化是进一步提升该体系力学性能的主要手段,马氏体相变诱导塑性变形机制和多种复杂界面结构为拓展其在低温/临氢环境服役带来可能。本文围绕显微组织、精细结构和力学性能的最新研究进展,首先概述了近年来FeMnCoCr亚稳高熵合金发展动态,然后总结了几类常用非金属元素间隙/置换亚稳高熵合金调控方法和强化机理,最后概括了FeMnCoCr系亚稳高熵合金在低温/临氢服役环境中的影响机制,并展望了FeMnCoCr系亚稳高熵合金未来的研究方向和发展趋势。     

共晶高熵合金研究进展

共晶高熵合金是凝固过程中发生共晶转变的多组元合金,具有优异的液态充型能力和机械性能,适用于生产形状复杂、对力学性能要求较高且不能进行热机械处理的零件。共晶高熵合金具有4种及以上元素,且相组成和组织形貌对合金成分变化不敏感,因此具有很大的性能调控空间及工艺窗口。通过调控共晶高熵合金的相组成及组织形貌可使其叠加各种优异性能。本文从设计方法、制备工艺、组织结构、力学及理化性能等方面综述了共晶高熵合金的研究现状,并对共晶高熵合金未来的发展进行展望。     

难熔高熵合金的强韧化途径与调控机理

在众多高熵合金中,由5种或5种以上的难熔金属元素,按照等原子比或者近等原子比混合形成的难熔高熵合金,凭借稳定的相结构和优异的高温性能,在高温材料领域具有广阔的应用前景。本文从难熔高熵合金的研究现状出发,综述典型难熔高熵合金的微观组织和相组成、室温和高温力学性能、强韧化机理与力学性能调控,并对未来难熔高熵合金的研究开发进行展望。首先,将难熔高熵合金按照组成相进行分类,分析了难熔高熵合金的微观组织和相组成,然后总结了难熔高熵合金的室温和高温力学性能与强韧化机理,并讨论了3种不同的强韧化方案,即化学成分调控、工艺调控和相结构调控。最后对未来难熔高熵合金的发展进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议：借助计算机等技术,模拟与计算材料的性能与形成相,构建难熔高熵合金的研究平台与数据库;借助组合实验方法,加快筛选新的难熔高熵合金;掌握自上而下和自下而上的实验方法,探究性能优异的新型难熔高熵合金体系。     

FCC结构高熵合金的析出强化研究进展

高熵合金是近年来涌现出的一种新型合金,突破了以一种或者两种元素为主、少量添加元素为辅的传统合金设计理念。作为高熵合金体系一个重要分支—FCC结构的高熵合金,具有高损伤容限、良好的抗辐照能力、高耐磨、耐腐蚀性能等一系列优异的性能,可以作为理想的工程结构材料。然而,FCC结构高熵合金强度-塑性不匹配严重制约了其工程应用。研究表明,析出强化可以有效提高FCC结构高熵合金的强度,产生优异的强度-塑性匹配性能,各国学者相继开发出大量的高性能析出强化高熵合金体系。本文主要介绍了FCC结构高熵合金的析出强化研究,包括非共格析出相和共格析出相,着重介绍了研究现状以及强韧化的影响机制,并对未来高熵合金析出强化研究进行了展望。     

难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战

传统反应堆结构材料性能已趋于极限,亟需开发新型材料。难熔高熵合金是以多种难熔元素作为主元的新型金属材料,具有独特的力学、物理和化学性质,尤其在高温力学、抗辐照等方面表现出优异的性能。难熔高熵合金在第4代核裂变反应堆包壳材料、核聚变堆面向第一壁材料等关键领域具有广阔的应用前景。本文结合具有代表性的文献,围绕难熔高熵合金的力学性能、抗辐照性能、抗氧化性能阐述了其强化机制与抗辐照机理,梳理了难熔高熵合金的发展脉络,在此基础上展望了难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的应用前景。     

热机械处理Al-Co-Fe-Ni共晶高熵合金组织性能研究

共晶高熵合金具有优异的强塑性匹配,同时还兼具传统共晶合金良好的铸造性能,对高熵合金的实际化应用有着重大的意义。而如何进一步提升共晶高熵合金的强塑性能,成为了高熵合金领域的研究热点。本文以Al₂₁Co_19.5Fe_9.5Ni₅₀共晶高熵合金为研究对象,探究了热机械处理对合金微观组织和拉伸力学性能的影响规律。并结合合金微观组织和相结构对合金应变硬化能力的影响,阐明了热机械处理条件下合金的变形机制及其对合金力学性能的影响。结果表明,经过热机械处理后合金由共晶层片组织转变为近完全等轴晶组织,且FCC相中析出L1₂相。热机械处理后合金在拉伸变形过程中,随着应变量的增加FCC相内位错密度增加,B2相发生应力诱发马氏体相变而形成具有相互交错孪晶结构的L1₀相,最终在FCC相与B2相双重强化机制下,表现出更高的屈服强度(551 MPa)和断裂伸长率(10.2%),加工硬化率曲线出现显著变化。     

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。     

分子动力学方法在高熵合金研究中的应用现状与展望EI北大核心CSCD

高熵合金是一种由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组合形成的单相固溶体,其优异的综合性能(如高强度、高硬度、高耐磨、高韧性、耐腐蚀、耐磨损等)引起了研究工作者们的广泛关注。分子动力学通过研究高熵合金的晶体结构、缺陷生长和位错运动来解释其优异的性能,进而揭示高熵合金的变形和强韧化机制。本文综述了分子动力学方法在高熵合金力学行为、摩擦磨损、纳米压痕、辐照损伤、热稳定性、薄膜生长等方面的研究进展,然后对分子动力学指导合金设计、提高势函数的精度、扩大原子尺度规模、实现多尺度统一计算以及模拟结合实验等未来的发展方向进行了展望。     

面心立方结构高熵合金研究进展

高熵合金是一种新型的多主元合金,因其独特的微观结构而显示出高强度、高硬度、耐磨性、热稳定性和耐腐蚀等优异的性能。近年研究发现大部分性能优异的过渡族元素高熵合金为FCC结构,而且对高熵合金的原子半径差、混合焓、配置熵和价电子浓度等参数进行计算可以预测其相结构,但此类合金的相结构及其演变与性能之间的关联尚不明确。本文综述了FCC高熵合金的结构、相结构演变及其性能,并对其未来的发展进行了展望。     

AlCoCrFeNi高熵合金在冲击载荷下的动态力学性能

利用INSTRON准静态实验机和分离式霍普金森压杆系统对AlCoCrFeNi高熵合金在应变速率为1×10~(-4)s~(-1)～2.5×10~3s~(-1)内进行压缩实验。研究了AlCoCrFeNi高熵合金在高应变速率范围内的动态力学行为。利用扫描电镜观察试样在不同应变速率下破坏断口的微观形貌;利用透射显微镜对压缩后的变形试样进行分析。研究了不同应变速率下该合金的变形机理。结果表明,室温下AlCoCrFeNi高熵合金具有明显的加工硬化行为。随着应变速率的提高,合金表现出显著的正应变速率强化效应,并且在高应变速率时具有很强的应变率敏感性。AlCoCrFeNi高熵合金在准静态和动态压缩下的断口形貌均为韧脆混合的准解理断裂特征,并且其塑性变形方式均为位错滑移。     

高熵合金的力学性能及功能性能研究进展

高熵合金是21世纪初才问世的新型金属材料。尽管其诞生至今时间较短,但高熵合金因具有多种优异性能、特别是具有优异的力学性能、优异的催化和抗辐照等性能而受到广泛关注。近年来,相关研究已取得了显著进展,很有必要对其研究进展进行梳理。为此,本文简要综述了相关研究成果,并从高熵合金的基本概念、力学性能和功能性能3方面进行概括介绍,以期为高熵合金研究人员提供参考。     

轻质高熵合金的研究进展

目前以一种或两种金属元素为主元的传统轻质合金在工业应用上有诸多局限性,如铝合金室温强度低、镁合金室温塑性和耐腐蚀性差且不易加工等。2004年叶均蔚首次正式提出高熵合金概念。高熵合金概念的提出为轻质合金的发展提供了新方向。区别于传统轻质合金,轻质高熵合金具有多种主元元素且混合熵较高,往往倾向于生成简单固溶体相。且轻质高熵合金表现出四大显著效应,即热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的晶格畸变效应及性能上的"鸡尾酒"效应。独特的晶体结构和特性,使得轻质高熵合金具有传统轻质合金无法比拟的优点,如高强度、高硬度、优良的高温抗氧化性和耐腐蚀性能等。综述了轻质高熵合金的研究现状,阐述了轻质高熵合金的组元设计、制备方法、微观结构及合金性能,分析了轻质高熵合金现存的问题,并对轻质高熵合金未来的发展趋势进行了展望。     

增材制造FeCoNiAl系高熵合金的研究进展

FeCoNiAl系高熵合金在面心立方的FeCoNi基体中引入体心立方相稳定元素Al及其他合金化元素,因此表现出独特的显微组织、力学性能和功能性,具有广阔的工业应用前景。近年来,增材制造技术为制造超细晶粒和几何复杂的高熵合金零件提供了技术支持,引起研究人员的广泛关注。本文从打印工艺、显微结构、性能、缺陷和后处理等方面综述了增材制造FeCoNiAl系高熵合金的新进展。系统总结了几种典型增材制造技术,并讨论不同工艺下FeCoNiAl系高熵合金的晶体结构、显微组织及其相应的性能,阐述增材制造过程中与快速凝固和复杂热循环有关的缺陷形成机制。此外,介绍并总结了几种旨在进一步提高FeCoNiAl系高熵合金性能的后处理方法。最后,展望了增材制造高熵合金未来的研究方向,以解决面临的挑战,加快其在工业领域的应用。