高熵合金氮化物薄膜的研究进展

基于多元高熵合金思想制备的高熵合金氮化物薄膜由于多种元素相互混合,易于产生高熵效应、晶格畸变效应和缓慢扩散效应,使得该新型薄膜体系形成简单的非晶结构和纳米晶结构。依赖于成分和制备工艺,多元高熵合金氮化物薄膜表现出简单的固溶体结构和优异的性能,因而在许多领域极具应用潜力。综述了高熵合金氮化物薄膜的发展概况、组织特点、性能特征、制备方法和应用前景,并对高熵合金氮化物薄膜的发展方向进行了展望。     

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5 000、10 000、15 000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe₇Ta₃型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15 000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10 000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、...     

塑性变形对Al0.5FeCoCrNi高熵合金组织结构和性能的影响

通过真空电弧熔炼制备了Al0.5FeCoCrNi高熵合金,采用轧制方法获得轧制变形量分别为30%、60%和90%的塑性变形合金,利用金相显微镜、X射线衍射分析仪、扫描电镜及附带能谱分析仪、透射电镜、硬度计和摩擦磨损试验机,研究塑性变形对合金组织结构和性能的影响。结果表明,塑性变形后合金的枝晶相被压扁拉长,枝晶间相沿轧制方向被拉长。合金的加工硬化能力强,轧制变形量分别为30%、60%和90%的合金的显微硬度分别为268.8HV,348.4HV和393.9HV,但耐磨性下降。     

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。     

AlxCrFeNi3Ti0.3高熵合金的微观组织、力学和摩擦学性能研究

为给Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金在摩擦磨损领域的应用提供技术支撑和理论支持,利用电弧熔炼技术制备了Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金,通过X射线衍射仪、维氏硬度计、摩擦试验机、万能试验机、三维轮廊仪、扫描电镜等研究了不同Al含量对高熵合金组织、力学与摩擦学性能的影响。结果表明：Al的加入使高熵合金由单一的FCC相转变为FCC和BCC两相共存,且两相均呈现出树枝晶结构。随着Al含量的增加,合金的密度降低,但合金的硬度、屈服强度和抗压强度显著增大,表现出优异的综合力学性能。Al的加入显著改善了高熵合金的耐磨性能,其中Al_1.2CrFeNi₃Ti_0.3高熵合金的室温耐磨性能较不含Al的高熵合金提高了约8倍,且合金的磨损机制由磨粒磨损转变为氧化磨损。其强度和硬度的提高以及磨损表面硬质氧化层的形成是合金耐磨性能改善的主要原因。     

CoCuFeNiTi高熵合金涂层的制备和性能研究

采用激光熔覆技术在40 Cr钢基材表面制备CoCuFeNiTi高熵合金涂层,使用SEM、XRD和EDS等手段分析涂层的显微组织和相组成,研究了涂层的制备工艺、显微硬度、耐磨损和耐腐蚀性能。结果表明：在激光功率为700 W、扫描速度为6 mm/s条件下制备的CoCuFeNiTi高熵合金涂层表面质量较好,涂层与基体之间形成了良好的冶金结合;这种涂层由FCC相、少量的Cu₄Ti相和微纳级富Cu析出相构成,具有典型的树枝晶显微组织,Cu元素在枝晶间偏聚并形成微纳级富Cu析出相;涂层的显微硬度约为438.83HV,是基体的1.7倍;涂层的磨损质量损失约为基体的1/2,表明这种涂层具有更高的耐磨损性能。涂层的磨损,以黏着磨损为主伴有一定程度的磨粒磨损;这种涂层在pH=4的酸性溶液和3.5%NaCl溶液中的耐蚀性均优于基体。     

FeCoNiMoCr高熵合金薄膜电极的电催化析氧性能

用磁控溅射法在Ti基底上沉积了FeCoNiMoCr高熵合金薄膜并制成电极,用SEM和EDS观察和分析了电极表面和横截面的形貌和元素分布,用表面轮廓测量仪测量了电极的表面粗糙度,用XRD分析了电极的物相和结构,使用电化学工作站表征了电极的电化学性能.结果 表明,电极的表面粗糙、元素分布均匀,电极上的膜厚约为2.40 μm...     

铜含量对CoCrFeNi高熵合金组织结构和性能的影响

通过设计不同Cu含量的CoCrFeNi高熵合金,筛选出一种具有较高强度和导电性的Cu基高熵合金。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、力学性能测试机、电阻测试仪研究了铸态CoCrFeNiCux(x=1,2,3,4,5)高熵合金的组织、力学和导电性能。当x=1,2时,合金为FCC单相;当x≥3时,合金除了FCC相外还存在其他析出相。当x=1时,合金的微观形貌由等轴晶组成;当x≥1时,合金的微观形貌是树枝晶和等轴晶形貌,枝晶间的Cu含量较高。合金的拉伸强度和伸长率均随着Cu含量的升高先降低后升高,其中CoCrFeNiCu3合金的综合力学性能最差,抗拉强度仅约120 MPa,伸长率不到1%。CoCrFeNiCu5合金具有最优异的综合力学性能,其抗拉强度约为370 MPa,伸长率约为11%。合金的电阻率随着Cu含量的升高逐渐降低,CoCrFeNiCu5合金的电阻率最低,导电性能最好,同时,电阻随着温度的升高而升高。测试了5种合金的热膨胀系数,其随着Cu含量的升高呈波浪性上升。结合拉伸测试和导电性能测试结果,CoCrFeNiCu5合金具有优异的综合力学性能和导电性能。     

射频磁控溅射制备（AlCrTiZrNb）N高熵合金薄膜的微观组织和力学性能

研究了氮含量对(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响,利用射频磁控溅射工艺在不同N₂和Ar流量比下制备了(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜。结果表明,随着氮气流量的升高,(AlCrTiZrNb)N薄膜的沉积速率逐渐下降,AlCrTiZrNb合金薄膜的结构由非晶态转变为由Me-N(金属氮化物)构成的面心立方固溶体结构,(AlCrTiZrNb) N薄膜的择优生长取向为(200)晶面。同时随着N₂流量的增加,(AlCrTiZrNb) N高熵合金薄膜的硬度首先快速升高,随后略微降低。当N₂:Ar=1:1时,(AlCrTiZrNb)N薄膜硬度最大值28.324 GPa,此时(AlCrTiZrNb) N薄膜呈现单一的面心立方固溶体结构,饱和Me-N相的形成与各元素的固溶强化作用是其硬度的增长的主要原因。     

Al_xFeCoCrNiCu(x=0.25、0.5、1.0)高熵合金的组织结构和电化学性能研究

研究了不同Al含量AlxFeCoCrNiCu(x=0.25、0.5、1)高熵合金的组织结构,探讨了Al含量对合金电化学性能的影响,并与304不锈钢进行对比。结果表明,制备的高熵合金晶体结构由简单的FCC结构转为FCC和有序BCC结构。与此同时,随着Al含量的增加,合金的硬度越大,从165HV提高到485HV。极化曲线表明,在0.5mol/L H2SO4溶液和1mol/L NaCl溶液中,高熵合金和304不锈钢相比,Al0.5FeCoCrNiCu合金表现出较好耐腐蚀性和抗孔蚀能力。     

真空下载荷对a-C:H超润滑薄膜的摩擦学性能影响研究

高含H量a-C:H薄膜因能在宏观尺度实现超润滑(μ<0.01)而备受关注,具有广阔的应用前景.但高含H量a-C:H薄膜的摩擦学特性对测试条件十分敏感,为此,本文研究了典型工况(载荷)对薄膜摩擦学特性的影响及其摩擦学机制.采用球盘摩擦实验机对a-C:H薄膜在不同载荷下进行摩擦实验;使用表面轮廓仪观测薄膜在不同工况下的磨损...     

FeCoNiMnY高熵薄膜的软磁性能及噪声抑制特性

采用电化学沉积法制备了FeCoNiMnY高熵薄膜,利用XRD、VSM和VNA等测试手段对其性能进行表征,并研究了不同Y元素浓度对高熵薄膜晶体结构、软磁性能和噪声抑制特性的影响。结果表明,Y的添加一方面粗化了晶粒尺寸,增加了合金矫顽力(从12.09 kA/m增加至21.7 kA/m);另一方面,元素Y的添加引起的晶格畸变提高了高熵薄膜的电阻率(高达336μΩ·mm)。FeCoNiMnY高熵薄膜的最大功率损耗比在6.1 GHz处可达到0.84。上述结果表明,FeCoNiMnY噪声抑制片在千兆赫频率下的抗电磁干扰应用中具有很大的潜力。     

纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜力学性能及其热稳定性

目的研究高熵合金薄膜的形貌、结构、力学性能和热稳定性,并探究其潜在的应用价值。方法选取不同厚度的纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜作为研究对象,通过直流磁控溅射制备薄膜样品,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)进行薄膜形貌观测,利用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射(XRD),对薄膜成分和结构进行分析,采用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)观测内部结构,利用纳米压痕仪和真空退火炉进行力学性能和热稳定性的检测。结果 NbMoTaW高熵合金薄膜为单相BCC结构,表面形貌和晶粒尺寸随薄膜厚度的变化而变化,随着薄膜厚度的减小,其硬度先增加后减小,在膜厚为250 nm时出现最大值(16.0 GPa)。薄膜经过800℃、2 h的真空退火后,晶粒尺寸没有明显长大,同时硬度也没有明显下降,呈现出良好的热稳定性。结论成功制备出热稳定性优异的纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜,并通过调控薄膜的厚度来改变晶粒尺寸,从而研究高熵合金薄膜结构与性能之间的联系。     

高熵非晶合金耐腐蚀性能研究进展

高熵非晶合金是近年来发展起来的一种新型合金材料,因其兼具高熵合金和非晶合金优异的力学性能、耐腐蚀性能、磁性能等功能特性,引发了众多学者的广泛关注。本文简述了高熵非晶合金的含义与特点,介绍了高熵非晶材料的制备方法及组织与性能;归纳了该类材料的耐蚀机理与耐腐蚀性能的最新研究成果;展望了采用机器学习助力设计高熵非晶合金的新范式,并指出探究工况环境下的腐蚀失效机制、完善高熵非晶合金微观耐蚀机理与优化相关制备工艺是该材料广泛应用的前提条件。针对高熵非晶合金的开发及其耐腐蚀性开展的应用基础研究,将为我国海洋事业的“远洋化、深海化”提供先进的技术支撑和材料保障。     

激光熔覆FeCoCrNi系高熵合金涂层的组织及高温摩擦学性能EI北大核心

高熵合金涂层在提高不锈钢基材的耐磨性方面具有巨大的潜力。为探究Cu/Si两种元素掺杂对FeCoCrNi高熵合金涂层组织及高温摩擦学性能的影响,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)系列高熵合金涂层。采用XRD,SEM,EDS等手段表征了涂层的微观组织及物相分布,通过高温摩擦磨损试验机测试了涂层的高温摩擦学性能。结果表明:在合适的激光熔覆工艺参数下,FeCoCrNiCu_(x)和FeCoCrNiSi_(x)高熵合金涂层均形成了单一的FCC型固溶体,与基体呈良好的冶金结合;Cu元素的加入降低了FeCoCrNi涂层表面硬度,但由于涂层热导率提高,界面结合情况改善;Si元素的加入促进了晶粒细化,提高了涂层表面硬度;在600℃下,Cu/Si元素的加入对涂层的摩擦学性能均有明显改善,其中FeCoCrNiCu及FeCoCrNiSi涂层的摩擦因数分别为0.24和0.19,磨损率分别为1.58×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)和6.77×10^(-5)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),相比于FeCoCrNi涂层分别降低了56.1%和81.9%。FeCoCrNiCu涂层主要磨损机制为氧化磨损、疲劳磨损及轻微磨粒磨损,而FeCoCrNiSi涂层为氧化磨损。     

PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用射频一直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积了类金刚石薄膜。用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征，并用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度。用UMT微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同的滑行速度下薄膜的摩擦学性能。结果表明：所沉积的薄膜具有典型类金刚石薄膜的结构特征，薄膜表面光滑致密，硬度较高；薄膜与氧化铝陶瓷球对磨显示出良好的摩擦学性能，随着滑行速度的增加，薄膜的摩擦系数单调降低，但磨损寿命先增加后降低。     

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.