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。     

多主元高熵合金的研究进展

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设计理念,是一种有5种以上主元且每种主元原子百分数不超过35％的新型合金。高熵合金显现出许多不同于传统合金的组织和性能特点,是一个具有学术研究价值和工业应用潜力的材料领域。本文重点介绍了高熵合金的定义、组织和性能特点与研究状况。     

FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究进展

高熵合金的多主元特征,使其在变形过程中表现出多种变形机制的协同作用,因而表现出优异的性能。与传统合金相比较,对高熵合金中多种变形机制调控的可能性更大。研究发现,微结构及其演变将直接影响合金中的变形机制,通过“微结构-变形机制-性能”这一设计思路,在高熵合金中引入多变形机制并调控其激活顺序成为今后研究高熵合金的重点。本文对FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究现状进行了综述,总结了高熵合金中常见的几种变形机制,并对高熵合金中变形机制的研究进行了展望。     

高熵合金制备方法进展

多主元高熵合金对传统的多元合金设计理念是一种新的突破,具有不同于传统合金的组织和性能。阐述了高熵合金的特性,介绍了近年来国内外关于高熵合金制备方法的研究现状及特点,以提高高熵合金的优良性能,拓宽其应用领域。     

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。     

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...     

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。     

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。     

富CoCr含量CoCrNiAlTi中熵合金的高温强韧化行为及微观机制

本工作研究了富CoCr含量的CoCrNi基中熵合金的高温力学性能及其变形机制。研究发现,经过热锻以及时效热处理,成分为Co_33.3Cr_30.6Ni_26.1Al₅Ti₅ (at%)中熵合金在600～800℃的温度范围内具有优异的瞬时拉伸性能。特别是,在700℃条件下出现反常屈服,屈服强度高达为944 MPa,拉伸塑性为16%,优于大多数镍基以及钴基高温合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和三维原子探针(3D-APT)等手段,发现高体积分数的多主元γ′[(Ni,Co,Cr)₃(Al,Ti)]相的有序强化以及晶界处生成的多主元富(Co,Cr)面心立方相(fcc)结构相引起的晶界强化是该合金在高温条件下实现强韧化的主要因素。     

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。     

Development and Property Tuning of Refractory High-Entropy Alloys: A Review

In the past decade, multi-principal element high-entropy alloys (referred to as high-entropy alloys, HEAs) are an emerging alloy material, which has been developed rapidly and has become a research hotspot in the fi eld of metal materials. It breaks the alloy design concept of one or two principal elements in traditional alloys. It is composed of fi ve or more principal elements, and the atomic percentage (at.%) of each element is greater than 5%but not more than 35%. The high-entropy eff ect ca...     

立方晶体结构的高熵合金在低温条件下力学行为的研究进展

近年来,立方晶体结构的高熵合金的在低温条件下(77K)的力学性能成为了研究热点。研究发现,由于一些立方晶体结构体系的高熵合金的层错能随着温度的降低而降低,比较室温条件下,其低温综合力学性能呈现提高的趋势,是一种很有希望的高性能低温结构材料。本文综述了近年来一些立方晶体结构的高熵合金在低温条件下的力学行为的研究进展,重点对高熵合金在低温环境下塑性变形过程中的强韧化机理进行了讨论,并给出了未来的发展方向。     

An assessment on the future development of high-entropy alloys: Summary from a recent workshop

There is increasing interest in both relating the mechanical behavior of high-entropy alloys to their microstructural evolution and in their development for various applications. A special two-day international workshop on the above topic was held in Guiyang, China, in December 2014. The workshop gathered scientists and engineers to exchange information on recent progress in high-entropy alloys, to discuss the scientific issues and challenges to foster international collaborations, and to identify future directions. In this paper, a summary of this workshop is presented, including aspects of definition/terminology, phase formation, microstructure and phase stability, strengthening mechanisms, and high-temperature properties. Future research directions are also outlined.     

CoCrFeNiNbx高熵合金的研究进展

近十几年来,作为一种研究热门的新型合金,高熵合金已获得了材料界广泛的关注.其中,以等原子比CoCrFeNiMn合金为原型,已报道大量力学性能优异的fcc结构的高熵合金.近几年,由于其优异的铸造成形性能与综合力学性能,共晶高熵合金也逐渐得到科研人员的重视.本工作选取CoCrFeNiNbx合金体系,以析出强化型高熵合金和共...     

难熔金属高熵合金研究进展

高熵合金以全新的设计理念及优异的性能引起广泛关注。难熔高熵合金（RHEAs）作为高熵合金的一类,主要由BCC晶体结构构成,具有高强高硬的特点,同时具有抗高温软化能力。本文针对难熔高熵合金制备方法、相结构、组织形貌、力学性能、应用领域等方面进行阐述,并对难熔高熵合金的发展方向进行了展望。     

高熵合金的发展及工业应用展望

高熵合金是近十几年来出现的一类新型金属材料,通常由5种或5种以上的元素以等原子比或近等原子比构成,形成以固溶体相为主的组织结构.高熵合金概念的提出,突破了传统合金的设计理念,极大拓展了合金设计的空间.由于具有大晶格畸变、高混合熵、原子缓慢扩散和"鸡尾酒"效应等多重效应,高熵合金显示出高强度、高韧性、高硬度、异常优异的低...     

高熵金属材料在氢环境中的脆性行为研究进展

氢脆广泛发生于各种金属及合金材料中,氢脆存在隐蔽性和时间滞后性,一旦发生往往带来灾难性事故,制约了金属材料在极端工况环境下的应用。研究发现,一些高熵合金(HEA)或多主元合金在力学性能、耐蚀性、抗氢脆性能等方面表现出超越传统合金材料(如钢、镍基合金、铝合金等)的性能特点,有望成为极端恶劣工况环境下装备用材料。在此基础上,对氢脆的机理和抗氢脆多主元合金领域的研究进展进行了综述。首先介绍了氢脆的概念,并梳理了几种金属氢脆机理,包括氢压理论、氢致局部塑性变形、氢增强解离、氢增强应变诱导空位、纳米空位聚合、氢促进位错发射等。随后,结合慢应变速率拉伸实验结果,梳理了影响多主元合金(尤其是高熵合金)抗氢脆性能的因素,包括氢含量、合金元素、微观结构、制备工艺、热处理工艺和实验条件等。最后,结合影响多主元合金抗氢脆性能的因素,提出通过优化制备工艺、改善热处理工艺和调整元素含量来提高CoCrFeMnNi高熵合金的抗氢脆性能,以及采用机器学习辅助开发新的抗氢脆多主元合金的观点,可为抗氢脆材料的研发提供参考。     

轻质高熵合金的研究进展

高熵合金是由多种元素以等摩尔或近等摩尔的比例混合形成的一种新型合金,较大的密度极大地限制了其应用。为了降低高熵合金的密度,出现了由Al、Li、Mg、Ti等轻质合金元素组成的轻质高熵合金,其在交通运输、航空航天领域潜在的应用前景引起了广泛关注。本文阐述了轻质高熵合金的研究现状,分析了轻质高熵合金的组元设计方法、相组成以及制备工艺,进而归纳总结了目前不同种类的轻质高熵合金的性能,包括高强度、高硬度、高温抗氧化性、耐蚀性能等。最后总结了轻质高熵合金目前存在的一些问题以及对轻质高熵合金未来的研究方向进行了展望。     

Correlation between lattice distortion and friction stress in Ni-based equiatomic alloys

Many recent efforts have been made to apply traditional theories for solid solution strengthening to explain the strength increase in concentrated equiatomic alloys (or high-entropy alloys), but always faced the challenge of differentiating solvent from solute atoms. In this report, we conducted a systematical analysis of Ni-based equiatomic alloys with a face-centered cubic structure and found that the lattice distortion in this alloy system could be simply described by the parameter of atomic size mismatch. It was found that lattice friction stresses of these alloys were well correlated with the lattice distortion. Dislocation core width in this Ni-based alloy system was also estimated and compared with that in the pure nickel. The intrinsically high strength in high-entropy alloys was probably resulted from a high lattice friction stress.