激光熔覆工艺对高熵合金组织与性能影响

为了探究激光熔覆工艺对高熵合金组织和性能的影响,使用激光熔覆技术在Q235基材表面制备不同熔覆工艺下的高熵合金涂层.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪等对高熵合金涂层进行显微组织形貌的观察及物相分析;利用显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的硬度及耐磨性进行研究.结果表明,宏观形貌上,扫描速度一定时,激光功率增大,涂层宽度增加,涂层表面更加平整;激光功率一定时,扫描速度增加,熔覆层的宽度减小,相结构主要由体心立方(BCC)和面心立方(FCC)组成,扫描速度的增大或激光功率的降低,涂层中的晶粒变细小,且部分区域的胞状晶有向树枝晶生长的趋势,涂层硬度明显高于基材,最高可以达到553 HV,耐磨性要优于基体.     

激光烧结制备CrFeNiAlSiCux多孔高熵合金组织与性能

在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯粉末中添加非等摩尔比的Cu元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiCux（x=0-1.2）高熵合金。通过OM、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、磨粒磨损机及电化学工作站进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨及耐蚀性能。结果表明：合金中BCC和FCC两相共存,随着Cu元素添加,FCC相增多,但BCC相仍多于FCC相,合金是典型树枝晶组织并伴有许多菊花状的组织,菊花状组织主要含有Cr、Fe、Si、Ni元素,枝晶间组织主要含有Cu元素。CrFeNiAlSiCu0.4综合性能最佳,显微硬度最大,为908.68 HV,单位面积磨损量最小,为48 mg·cm-2,腐蚀电流最小,为0.4100 μA/cm-2,腐蚀电位最大,为-149.264 mV。     

激光烧结制备CrFeNiAlSiTix高熵合金组织与性能

为了验证利用铬铁矿粉直接制备高熵合金的可行性,选取和天然铬铁矿粉成分接近的Cr、Fe、Ni、Al、Si作为基础元素,向其掺杂非等摩尔比的Ti元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiTix（x=0-1.2）高熵合金。通过共聚焦显微镜、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、电化学工作站等进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨、耐蚀及高温氧化性能。结果表明：随着Ti含量的增加,合金中BCC相增多,且通过本征参数计算进行验证与实验结果吻合。树枝晶组织减少,花瓣状组织增加,枝晶中主要存在与Ti结合力强的元素。当x=1.0时,合金显微硬度最大为935.62 HV,密度最大为5.01 g/cm3,孔隙率最小为24.01 %,单位面积磨损量最小为34 mg·cm-2,氧化速率最大为5.92×10-6 mg2·cm-4·s-1,腐蚀电流为0.98 μA/cm2,年腐蚀深度为1.01×10-2 mm/a。     

激光堆焊Cr MnFeCoNi高熵合金组织与力学性能研究

采用激光堆焊技术在Q235钢上制备了成型良好的CrMnFeCoNi堆焊层,通过XRD,OM,SEM和EDS等分析手段研究了堆焊层的物相结构、微观组织和化学成分;通过硬度测试和拉伸测试表征了堆焊层的力学性能。结果表明,堆焊层内形成了呈树枝晶形貌的FCC单相固溶体。堆焊层内元素分布较均匀,但在枝晶内外存在细微的元素差异,Cr,Fe和Co富集在枝晶内部,Mn和Ni在树枝晶间偏析。堆焊层的硬度由表面至底部缓慢递减,约为180～200 HV0.5。堆焊层的拉伸性能有较强的温度依赖性,当温度从298 K降至77 K时,堆焊层的屈服强度和抗拉强度分别提升了60%和65%,达到了564 MPa和891 MPa,断后伸长率从26%提升到了36%。     

放电等离子烧结制备低密度AlTiCrNiCu高熵合金及其组织性能研究

采用机械合金化和放电等离子烧结工艺制备了低密度AlTiCrNiCu高熵合金材料,重点研究了球磨时间对各元素粉末的合金化过程及烧结温度(950 ~ 1050 ℃)对高熵合金组织及力学性能的影响。结果表明：高熵合金粉末为单相BCC结构,随着球磨时间的增加,粉末粒径先变大后变小,其最终平均粒径大约为20 μm。高熵合金块体材料的相结构为BCC1(基体相)+BCC2(富Cr相)+FCC(富Cu相),密度为6.22 ~ 6.30 g/cm_³。烧结温度的升高,有利于高熵合金粉末的冶金结合,促进了高熵合金块材料的致密化。当烧结温度为1050 ℃时,AlTiCrNiCu高熵合金具有良好的综合力学性能,其屈服强度、压缩强度、塑性和显微硬度分别为1410 MPa,2000 MPa,9.13%和524 HV。分析认为高的烧结温度为各元素原子间的充分扩散提供了足够的能量。然而,TEM分析表明,高的烧结温度也促进了弥散的FCC富Cu相在晶界的聚集长大。     

激光熔覆CoCrFeNiSix高熵合金涂层的组织与性能

为了探究激光熔覆工艺对高熵合金组织和性能的影响,使用激光熔覆技术在Q235基材表面制备不同熔覆工艺下的高熵合金涂层. 利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪等对高熵合金涂层进行显微组织形貌的观察及物相分析;利用显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的硬度及耐磨性进行研究. 结果表明,宏观形貌上,扫描速度一定时,激光功率增大,涂层宽度增加,涂层表面更加平整; 激光功率一定时,扫描速度增加,熔覆层的宽度减小,相结构主要由体心立方(BCC)和面心立方(FCC)组成,扫描速度的增大或激光功率的降低,涂层中的晶粒变细小,且部分区域的胞状晶有向树枝晶生长的趋势,涂层硬度明显高于基材,最高可以达到553 HV,耐磨性要优于基体.     

等离子烧结温度对CoCrCuFeNi高熵合金组织及性能影响

本文通过氩气雾化制备CoCrCuFeNi球形粉末,随后在900℃、1000℃、1100℃、1150℃温度下通过放电等离子活化烧结(Spark plasma sintering,SPS),成功制备CoCrCuFeNi高熵合金块体。结果表明：随着烧结温度的升高,材料室温抗拉强度先降低后升高,均匀却延伸率先大幅度提高,随后降低;当烧结温度为1100℃时,材料屈服强度和抗拉强度分别达到379.3MPa和655.6MPa,断后延伸率达21.9%;当烧结温度超过1100℃时,开始出现局部熔化现象,材料内部出现元素明显偏析现象。烧结温度为900℃时,拉伸断口沿球形粉末表面脆性断裂,随着烧结温度提高,断口转变为包含韧窝的韧性断裂。由于高温烧结过程中基体内发生渗碳现象,透射电镜结果表明碳与基体发生反应,形成第二相碳化物。     

Alx-(Cr-Fe)100-x系激光烧结合金的组织及性能

对掺杂不同原子分数(80%、85%、90%、95%)的铝粉和高碳铬铁粉末混合压坯进行激光诱导自蔓延烧结,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)及硬度计、磨粒磨损机、电化学腐蚀仪等试验仪器,分析烧结合金的显微组织、物相结构及力学性能。结果表明：烧结合金物相主要为α-Al 、Al2Fe、AlFe、Fe2AlCr、Al2O3及富Al相,随着Al含量增多,富Al相Al13Fe4、Al13Cr2逐渐消失,产物相多转化为固溶体α-Al相;在Al含量为80%时,烧结合金孔隙率(1.7%)最小,烧结密度(3.35 g/cm3)最大,硬度(817.5 HV0.2)最高,烧结合金的磨损率(0.08 mg/mm2)最低;合金耐蚀性能在Al含量为90%时最好,钝化电流(110.3 μA/cm2)最小。     

锻造对FeMnCrCoNi高熵合金组织与性能的影响

采用磁悬浮真空熔炼Fe MnCrCoNi高熵合金并进行低温锻造,研究了不同锻造温度对高熵合金显微组织、力学性能以及耐磨性的影响。结果表明:铸态Fe MnCrCoNi高熵合金主要由具有FCC结构的树枝晶相和黑色斑点相组成;铸态、室温锻造和200℃锻造的合金的显微硬度分别为158. 7,313. 6和358. 1 HV,抗拉强度分别为539. 45,695. 45和830. 84 MPa,室温锻造和200℃锻造态的硬度较铸态分别提高了97. 6%和125. 6%,抗拉强度较铸态分别提高了28. 9%和54. 0%;但其伸长率却大幅下滑,由铸态的47. 2%降低至室温锻造态的15. 2%和200℃锻造态的5. 4%;锻造后合金的耐磨性优于铸态的耐磨性,合金的耐磨性排序为:室温锻造最优、200℃锻造次之、铸态最差。     

激光熔覆FeCoNiCrAl高熵合金的组织与性能

采用额定功率为3 kW的Nd:YAG固体激光器在45钢表面激光熔覆制备了FeCoNiCrAl高熵合金,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站等研究了试样的组织、成分、硬度和耐腐蚀性能。结果表明:由于激光能量空间的非均匀分布及熔池与基体之间换热等的非均匀性,激光熔覆高熵合金与基体的交界面为波浪形;由于过冷度的差异,在熔覆区域靠近中心的组织为等轴晶,熔覆层与基体交界的组织为柱状枝晶;由于激光熔覆过程的快速加热和冷却综合影响,完全相变区组织为马氏体与残留奥氏体;由于激光熔覆晶粒细化和Al元素引起的晶格畸变等综合影响,熔覆区域硬度是基体的2～3倍。     

退火处理对CoFeNiVTi高熵合金组织和性能的影响

采用真空电弧炉熔炼和铜模吸铸法制备了CoFeNiVTi高熵合金柱状试样,并对其在氩气保护条件下进行了800℃退火20 h的处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和压缩实验等研究了铸态和退火态CoFeNiVTi合金的显微组织和力学性能。结果表明：铸态合金为单相BCC固溶体结构,显微组织呈现典型的柱状晶特征,合金元素均匀分布;退火态合金由BCC基体和金属间化合物Ni₂V₃型的σ析出相构成,σ析出相具有明显的取向特征,呈粗大板条状和细小针状。与铸态合金相比,由于σ析出相的存在,退火后合金的断裂强度有所下降,但仍高达2.5 GPa,硬度则显著提高至800 HV0.2。     

热处理对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 探究热处理温度对激光熔覆CoCrFeNiSi2.0高熵合金组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,为研究提高高熵合金性能的工艺流程提供参考。方法 采用激光熔覆技术制备了CoCrFeNiSi2.0高熵合金,利用高温炉加热方法对制得涂层进行不同温度(热处理温度分别为600、800、1 000 ℃)的热处理,30 min分别升温至600、800、1 000 ℃,保温30 min,后随炉冷却至室温。采用显微硬度仪、真空摩擦磨损试验机、Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等设备对涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、显微组织、物相组成进行分析研究。结果 未经热处理原始试样高熵合金涂层物相组成主要为BCC相,同时夹杂少量的(Fe,Mn)2SiO4相,经过不同温度的热处理后,(Fe,Mn)2SiO4逐渐分解,1 000 ℃热处理后完全消失;Cr2Si、Ni4Si相析出且在一定温度范围内随热处理温度上升含量逐渐增加,BCC相衍射峰高度随着热处理温度的增加先升高后降低。结论 热处理温度不同会影响涂层综合性能的改变,热处理温度为800 ℃时合金的综合性能优于原始试样涂层,内部组织较为均匀,Cr2Si、Ni4Si等析出相含量最多且均匀分布在晶界处,涂层显微硬度最高达1 347.4HV0.3,摩擦因数基本稳定在0.19。当热处理温度达到1 000 ℃时,CoCrFeNiSi2.0高熵合金涂层呈单一的BCC相,这势必会对涂层性能产生一定影响。     

热处理温度对CoCrFeNiSn高熵合金组织及性能的影响

采用真空电弧熔炼制备了CoCrFeNiSn高熵合金,并分别在650、750和850℃下进行热处理。采用扫描电镜、显微硬度计和电化学测试系统等研究了热处理温度对CoCrFeNiSn高熵合金的组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明,经热处理后CoCrFeNiSn高熵合金的组织形态仍为典型的枝晶结构,但组织随热处理温度的升高而不断细化,导致其硬度明显升高,经850℃热处理后其硬度(HV)达到最大值392.4。而随着温度升高,CoCrFeNiSn高熵合金的耐腐蚀性能却呈下降趋势,经650℃热处理后其耐蚀性最佳。     

退火对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 通过对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层进行退火处理,使涂层性能得到进一步提高。方法 采用RFL–C1000光纤激光器在45钢表面制备CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层,通过SXL–1200管式电阻炉在不同温度下(600、800、1 000 ℃)对高熵合金涂层进行退火处理,保温时间为2 h,冷却方式为随炉冷却。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等对熔覆层的微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果 CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层由FCC相和μ相(Fe7W6)组成,经过不同温度退火处理后,涂层未析出新的相,μ相衍射峰强度呈先减小后增大的趋势;涂层组织经高温退火(800 ℃、1 000 ℃,2 h)后发生了明显的改变,经800 ℃/2 h退火处理后,枝晶间析出了大量μ相沉淀,经1 000 ℃/2 h退火处理后晶界开始出现断裂分解,晶粒内部和晶界部位析出了大量的富W颗粒相(μ 相)。经1 000 ℃/2 h退火处理后,熔覆层具有较高的平均显微硬度,为475.68HV0.3,相较于未经退火处理的熔覆层,其硬度提高了约45%;经600 ℃/2 h退火处理后,涂层的平均摩擦因数最低,约为0.226,磨损量最小,与未经退火处理的涂层相比,其磨损量降低了约28%。退火温度的升高并未使磨损机制发生明显改变,主要为磨粒磨损。结论 高温退火处理可以促进μ相的生成;经退火后,CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层的硬度得到显著提高,改善了涂层的摩擦磨损性能,强化机制为固溶强化和第二相强化。     

Nb元素对高熵合金涂层组织与力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTi_0.8Nb_y(y=0.25,0.5,0.75,1.0)涂层.采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等方法分析涂层的相结构和微观组织等;用显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层的硬度与耐磨性能.结果表明,组织中呈现典型的树枝晶结构,加入Nb元素,涂层微观组织的尺寸减小,增加Nb元素含量时,高熵合金涂层的晶体结构由体心立方相(body-centered cubi,BCC)、少量的面心立方相(face-centered cubic,FCC)和Fe₂(Ti,Nb)型的Laves相组成;在细晶强化、固溶强化和第二相强化的共同作用下提高了涂层的显微硬度;中间相的存在一定程度上可以阻碍犁削切削过程的进行,进而提高了涂层的耐磨性能;CoCrFeNiTi_0.8Nb_0.75涂层的硬度和耐磨性最好,硬度为710 HV,约为基体的4倍,涂层的磨损量最小,磨痕较为平整.     

固态渗铝对AlCoCrFeNi高熵合金组织的影响

采用固态渗铝法在AlCoCrFeNi高熵合金表面制备了铝化物渗层。渗铝温度为900 ℃,时间为4 h。借助SEM、EDS、XRD和显微硬度计分析了渗层的显微组织、相组成和显微硬度。结果表明,铝化物渗层分为内外两层,基本无孔洞和裂纹,与基体结合良好。铝化物渗层的硬度达970 HV0.1,远高于基体。     

热处理对CoCrFeNiMo高熵合金组织与硬度的影响

用真空电弧熔炼法制备了CoCrFeNiMo高熵合金,研究了退火温度对合金组织及硬度的影响。结果表明,铸态合金的晶体结构以FCC为主,同时夹杂Cr9Mo21Ni20和CrFe4少量金属间化合物;铸态合金的组织形貌为树枝晶组织,在枝晶间分布着类似于共晶组织的片层状结构,随退火温度升高,合金中FCC相逐渐减少,共晶相逐渐增多,最终形成了类似于过共晶的组织形貌;合金的硬度随退火温度的升高先增大后减小,但铸态与退火态的合金的硬度相差不大,说明此合金具有较高的热稳定性以及较好的高温使用性能。     

激光沉积AlxTiCrMnCu高熵合金组织性能的研究

采用激光沉积方法制备了Al_xTiCrMnCu (x=0, 0.25,0.5,0.75,1.0)高熵合金。通过XRD、SEM及腐蚀电化学测试技术等研究了Al_xTiCrMnCu高熵合金的微观结构及性能。研究发现,随Al含量的增加,Al_xTiCrMnCu高熵合金由简单的fcc和hcp1混合固溶体结构逐渐转变为全部hcp2固溶体结构;合金的显微硬度随Al含量的增加而增大;Al_xTiCrMnCu高熵合金在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性先提高后降低,当x=0.25时,其耐蚀性最佳。     

AlxCrFeNiMn高熵合金的组织和性能

采用水冷铜坩埚悬浮熔炼与铜模吸铸相结合的方法制备了直径为3mm的Al_xCrFeNiMn(x=0、0.25、0.5、0.75)系高熵合金,通过X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、室温压缩试验、硬度测试等探索了不同铝含量、热处理温度和时间对AlxCrFeNiMn系高熵合金微观组织及力学性能的影响。结果表明,铸态Al_xCrFeNiMn(x=0、0.25、0.5、0.75)系合金的塑性变形基本相近,保持在34%左右,且铸态Al_(0.75)CrFeNiMn高熵合金的显微硬度、规定塑性延伸强度与抗压强度分别为524.15HV0.3、765.86MPa与3236.69MPa;不同温度和时间的热处理结果表明:Al_(0.5)CrFeNiMn具有更为细小且分布均匀的等轴晶,获得硬度最大值729.37HV0.3,并保持较大的塑性变形(30.33%),具有优良的力学性能。