AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金的高温氧化行为

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼法制备AlCoCrFeNiTi_(0.5)多主元高熵合金,研究合金在800、900、1000和1100℃下的高温氧化行为,采用XRD,SEM及EDS对氧化膜的成分及形貌进行了分析,探索了合金的氧化机制。结果表明,合金的氧化动力学曲线在800和900℃时近似遵循六次方抛物线规律,在1000和1100℃时近似遵循四次方抛物线规律。合金具有优异的抗氧化性,在800、900和1100℃下为抗氧化级别,而在1000℃下为完全抗氧化级别。合金的氧化主要发生在枝晶间和共晶区,呈岛状团聚堆叠生长,1100℃氧化时该区域的氧化物发生明显剥落,氧化产物主要是TiO_2、Fe_2TiO_5和FeCr_2O_4等;而枝晶相的氧化产物较单一,1000℃及以下温度氧化时为弥散分布的Al_2O_3颗粒,1100℃氧化时为致密的Al_2O_3氧化层。高温氧化后,合金基体相结构稳定,未出现软化现象。     

FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究

研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。结果表明合金在800~1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率;各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507 kJ/mol;800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO_2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr_2O_3和TiO_2;900和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO_2,900℃还含有Cr_2O_3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al_2O_3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al_2O_3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为

采用循环氧化考核法以及借助XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了研究。结果表明:NbZrTiTa高熵合金在1000～1400℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10~(-7)～1.0×10~(-6) g~2·cm~(-4)·s~(-1)和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高的氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料的应用潜力。     

选区激光熔化AlCoCrCuFeNi高熵合金的高温氧化行为研究

基于选区激光熔化技术制备了AlCoCrCuFeNi高熵合金，研究其显微组织及800、1000和1200℃下的高温氧化行为，采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法表征分析了氧化膜的物相组成和形貌特征。结果表明：所制备的AlCoCrCuFeNi高熵合金主要包含bcc相、bcc/B2相和少量的fcc相，显微组织为长直柱状枝晶和等轴胞晶结构组成的非平衡异质结构。AlCoCrCuFeNi高熵合金在3种不同温度下的高温氧化性能优异，氧化动力学曲线基本符合抛物线定律，氧化速率对温度有明显的依赖性，其随着温度的提高而增加，并且氧化反应导致氧化膜中产生了明显的空洞和裂纹，为金属元素的持续扩散提供了通道，加剧了氧化反应，所引起的剥落现象愈加严重，氧化膜主要成分为Cr₂O₃、Al₂O₃和MCr₂O₄尖晶石混合氧化物，较为致密的氧化膜可以有效地抑制基体受到进一步氧化，提高抗氧化性能。     

硼对AlFeCoNi高熵合金组织和高温氧化性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)高熵合金,并对其微观组织和高温氧化行为进行了研究。结果表明:随B含量的增加,AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金组织从单一的B2结构转变为B2结构+(fcc_1+fcc_2)共晶组织。AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金于900℃高温氧化后,随B含量的增加,合金外层CoFe_2O_4氧化物的厚度增加较快,而内层Al2O3氧化物的厚度基本不变,但当B含量超过0.15%(原子分数)时,氧化膜连续性变差。当B含量为0.15%时,AlFeCoNiB_(0.15)高熵合金的氧化增重最小,氧化膜与合金基体结合良好,抗氧化性最优。     

感应熔涂温度对FeCoCrNiMoBSi高熵合金涂层抗高温氧化性能的影响

为了解决超超临界锅炉管等高温部件在极限高温工况下的氧化问题，探索抗高温氧化FeCoCrNiMoBSi高熵合金涂层制备工艺的可行性。利用火焰热喷涂与感应熔涂相结合的方法，在15CrMo钢基体上采用不同的感应熔涂温度制备了3种FeCoCrNiMoBSi高熵合金涂层，并对3种涂层和基体分别进行高温氧化试验，通过金相观察、XRD、SEM和EDS分析对比涂层氧化前后的物相组成、微观结构和元素组成，分析其高温氧化性能。结果表明，990、1020和1050℃熔涂涂层的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律，在900℃氧化120 h后，上述3种涂层的氧化质量增加分别为0.58、0.50和0.54 mg/cm²,而基体的氧化质量增加为73.28 mg/cm²,约为涂层氧化质量增加的146倍。由此可见涂层的抗高温氧化性远优于基体，其中熔涂温度为1020℃的涂层具备最好的抗氧化性。     

高熵合金高温抗氧化性的研究进展

高熵合金在高温下具有优异的力学性能,但在高温下抗氧化性能的不足制约了其实际工业应用.概述了高熵合金的氧化机理,包括氧化动力学规律、氧化行为以及合金元素氧化顺序规律等,归纳了高熵合金在高温下存在的问题.在此基础上,重点综述了近年来高熵合金高温抗氧化性的研究进展.其中,通过添加可生成保护性氧化物的元素可以提高高熵合金氧化层...     

Al0.5CoCrFeNi高熵合金高温腐蚀行为研究

采用真空电弧熔炼炉制备了Al0.5CoCrFeNi高熵合金(下标表示摩尔比).研究了高熵合金在800、900℃的75wt％Na2SO4+25wt％NaCl熔盐中抗高温腐蚀性.利用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪分析高熵合金的腐蚀层形貌、成分和组织结构.结果表明:高熵合金在熔盐中的腐蚀质量损失较严重,随腐蚀温度升高,抗腐蚀性下降;腐蚀层出现明显分层,合金表面生成了疏松多孔的NaFeO2等多种混合氧化物;合金腐蚀过程发生内氧化和内硫化,内层生成Al2O3、CrO3混合氧化物及Cr5S6硫化物.     

等离子喷涂FeCoCrNiMo高熵合金涂层高温氧化行为的研究

目的 基于海工装备与船舶动力装置对高温环境抗氧化涂层的需求,研究Fe CoCrNiMo高熵合金（High Entropy Alloy,HEA）涂层制备工艺、微观组织结构与抗高温氧化行为之间的关系,探索其在船舶主机、海洋钻井平台温管等高温部件应用的可行性。方法 使用大气等离子喷涂（Atmospheric Plasma Spraying,APS）工艺制备Fe CoCrNiMo涂层,设计正交试验来选取不同孔隙率的涂层试样。通过XRD、SEM和EDS分析涂层的物相组成、微观结构和元素组成。对涂层进行氧化试验,分析其氧化行为。结果 通过正交试验优化Fe CoCrNiMo涂层制备工艺后,涂层孔隙率为2.85%～7.52%。对具有代表性的7.52%孔隙率涂层（记为H1）和2.85%孔隙率涂层（记为H2）进行分析,发现涂层物相结构为简单FCC结构,微观组织为典型的层状结构,氧化物和HEA相在涂层内部分布明显。FeCoCrNiMo涂层的氧化行为遵循抛物线定理,在氧化过程中,化学性质活泼的Cr最易析出并生成氧化物。具有较低孔隙率的H2涂层更快生成致密氧化层,氧化质量增速较低,经15 h氧化后,H1和H2涂...     

High temperature oxidation behavior of FeCo‐based nanocrystalline alloys

This paper describes the dynamic and isothermal oxidation behavior of three different FeCo‐based Fe_38.5Co_38.5Nb₇Cu₁B₁₅, Fe₃₆Co₃₆Nb₇Si₁₀B ₁₁ and Fe_33.5Co_33.5Nb₇Si₁₅B₁₁ alloys and one traditional FINEMET Fe₇₃Nb₃Cu₁Si_15.5B_7.5 alloy. Dynamic and isothermal oxidation measurements in controlled oxidizing atmosphere were performed and the oxidation apparent energy as well as the oxidation behavior was obtained. SEM observations were carried out in order to characterize the oxide layer formed during the oxidation measurements. The apparent activation oxidation energy found for the Fe₃₆Co₃₆Nb₇Si₁₀B₁₁, Fe_33.5Co_33.5Nb₇Si₁₅B₁₁ and Fe₇₃Nb₃Cu₁Si_15.5B_7.5 alloys was about 35 kJ/mol and for the Fe_38.5Co_38.5Nb₇Cu₁B₁₅ alloy was about 70 kJ/mol.     

High temperature oxidation mechanism of dilute copper aluminium alloys

Dilute copper-aluminium alloys were oxidized in air from 700 to 1000 °C. Two distinctive behaviours were observed: alloys with at least 3 wt% aluminium showed excellent oxidation resistance in the whole temperature range. Alloys with 2 wt% or less aluminium exhibited good oxidation resistance up to 800 °C; but as the temperature was further increased, the oxidation rate of these alloys increased and became comparable to that of pure copper. A kinetic model was developed to explain the oxidation behaviour and indirectly determine the amount of dissolved oxygen in the alloys tested. It was found that the oxygen dissolved in alloys with up to 2 wt% Al exceeded its solubility limit in copper, whereas the dissolved oxygen in alloys with higher aluminium contents was below the solubility limit. This difference may account for the significantly different oxidation resistance.     

High temperature oxidation behavior of chromium‐rich alloys containing high carbides fractions. Part I: Nickel‐base alloys

Six wear‐resistant alloys based on nickel, containing 30 wt.% Cr and from 2.5 to 5.0 wt.% C, were elaborated by foundry and subjected to oxidation by air at 1000, 1100, and 1200 °C, for evaluating the oxidation behavior of hard bulk alloys. Their microstructures are rich in chromium carbides, eutectic, or pro‐eutectic, and they also contain graphite for the highest carbon contents of interest. All the studied alloys obviously display a chromia‐forming behavior, despite the initial low chromium content in the matrix. During oxidation, carbides disappear over an increasing distance from the oxidation front, with the consequence of the enrichment of the neighbor matrix in chromium. The minimal chromium content on the surface after oxidation decreases when the alloy is richer in carbon and increases with the oxidation temperature. The carbide‐free zone tends to be deeper when the oxidation temperature increases, and also when the alloy's carbon content increases, in contrast with low‐C Ni‐30Cr alloys previously studied. The disappearance of carbides means a carbon loss as gaseous oxidized species. This probably disturbs the oxide scales growing on the external surface and may influence the oxidation behavior of the alloys. When present, graphite does not deteriorate dramatically the oxidation resistance of the alloys. The hardness of the alloys are lowered by the exposures to high temperature and by the presence of graphite.     

The oxidation mechanism of Fe-Ni-Co alloys

A mechanism of oxide film growth via outward iron cation migration during thermal oxidation of Fe-Ni-Co alloys in air, steam and carbon dioxide at 485°C is suggested. This mechanism is supported by literature data, and experimental results obtained by Auger electron spectroscopy and depth profile determination, SEM-XES analysis and X-ray diffraction.     

AlCoCrFeNiBx 高熵合金微结构与性能

本文系统研究了 B 元素对高熵AlCoCrFeNiBx (x denotes the atomic fraction of B element 0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0)合金的微结构和性能的影响。其中添加的B元素含量为0.1时AlCoCrFeNi 高熵合金的形貌从等轴晶转变为枝晶形貌。 其中在等轴晶的内部可以观测到调幅分解结构。当 x>0.1时, 枝晶和调幅分解结构都逐渐消失了,但是越来越多的硼化物开始出现了。这个转变归因于 Cr-B 和Co-B之间高的负混合焓.随着B元素的增加, AlCoCrFeNiBx高熵合金的结构从B2 BCC 结构向B2 BCC FCC 结构的转变, 最后形成了 B2 BCC FCC 以及硼化物的混合结构。 随着B元素的添加硬度值从 HV486.0 下降到了 HV460.7, 然后增加到 HV615.7,其中x=0.1时合金的硬度最低。合金的压缩强度随B元素的增加明显下降,当x=0.25时,合金具有最大的压缩强度,但是当x =0.75时, 由于硼化物的大量生成合金在弹性变形阶段就发生了断裂。随着B含量增多合金的矫顽力和饱和磁化强度开始下降. 下降的矫顽力显示合金具有很好的软磁性能。     

300M钢的高温氧化行为

研究了300M钢在700~1200 ℃高温下的氧化行为,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪等手段观察分析了氧化层的表面形貌、微观组织结构成分,并结合氧化动力学曲线,分析了300M钢在700~1200 ℃高温氧化的氧化机理。研究结果表明,300M钢在700~1200 ℃的氧化遵循抛物线规律。高温条件下其氧化皮为典型的3层结构,即内氧化层、中间氧化层及外氧化层,中间氧化层又分为多孔层和疏松层。当氧化温度为1200 ℃时,FeO层晶粒内部的合金化元素Si、Cr等快速聚集并形成粗大的氧化物,此时FeO层完全失去抗氧化作用,氧化速率急剧加快。     

高速电弧喷涂FeCrBSiMo涂层抗高温氧化性能

采用高速电弧喷涂工艺在20钢基体上制备铁基FeCrBSiMo涂层,孔隙率为3.64%,显微维氏硬度为9 002.5 MPa,结合强度达52 MPa;采用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与锅炉管道常用20钢的相关性能进行了比较.结果表明,FeCrBSiMo涂层组织结构致密,在450~750℃下氧化80 h后其氧化增重均明显低于锅炉管道用20钢增重,其中750℃时的氧化增重仅是20钢的1/25.高温氧化时,涂层表面生成连续致密的铁,铬氧化物膜,能阻碍O元素从涂层表面扩散渗入涂层内部,防止涂层的进一步氧化,具有很好的保护性.     

合金元素对Nb-Ti-Al-C合金氧化行为的影响

利用真空非自耗电弧炉制备不同Al含量的Nb-25Ti-8C合金,研究Nb-Ti-Al-C合金的组织结构及其高温氧化行为。研究表明,Nb-25Ti-8C-(0,5,10)Al合金由Nbss和(Nb,Ti)C两相构成;Nb-25Ti-8C-15Al合金由Nbss、(Nb,Ti)C和Nb3Al三相构成。800~1000℃氧化过程中,合金氧化膜为由Nb2O5,Ti O2,Al2O3,Nb O2及Ti Nb2O7多种氧化物构成的混合氧化膜。Ti、Al活性元素可优先与氧发生选择性氧化,抑制氧化物Nb2O5生成,提高氧化膜致密度和合金抗氧化性,并且氧化温度越高,Al元素改善铌合金抗氧化性能效果越明显。Nb-25Ti-8C合金800℃氧化时表现出良好的抗氧化性能,1000℃氧化时Nb-25Ti-8C-x Al合金的抗氧化性能明显优于C-103。随氧化温度升高,氧化膜中Nb2O5含量增加,导致氧化膜与合金基体的内应力增大,引起外层氧化膜脱落。碳化物中C元素以CO2形式挥发导致氧化层表面形成氧化空洞。     

激光增材制造技术制备高熵合金的研究进展

目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。     

The effect of cerium on the oxidation of Ni-50Cr alloys

The oxidation behavior of Ni-50Cr alloys with minor cerium additions was studied between 800 and 1100° Cin oxygen, air, and oxygen at reduced partial pressures. Optical and scanning electron metallography, X-ray diffraction, and electron-probe microanalysis techniques were used to characterize the changes in scale and substrate morphology and to identify the oxidation products. Platinum markers were used to determine the direction of ionic transport. The effects of cold work, initial alloy phase distribution, and cyclic oxidation were also studied. The Cr ₂ O ₃ scales on the cerium-containing alloys grew while being largely separated from the metal substrate. Oxidation rate, oxide grain growth, and the tendency of scales to spall on cooling were reduced substantially with increasing alloy cerium content. The first two effects are suggested to result from the interaction of cerium ions and cerium oxide particles with oxide grain boundaries in reducing grain-boundary diffusion and oxide-boundary mobility. The third is suggested to result from the thinner, finer-grained scales formed on the Ce-containing alloys.This work is based on a portion of a thesis by G. M. Ecer submitted to the University of Pittsburgh in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Metallurgical and Materials Engineering.Formerly graduate student. Department of Metallurgical and Materials Engineering, University of Pittsburgh.