CoCrFeNiTiAlx高熵合金的组织演变及其力学性能研究

采用真空电弧炉熔炼法制备了CoCrFeNiTiAl_x高熵合金(x=0、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2,x为摩尔比)。研究了Al含量对于CoCrFeNiTiAl_x高熵合金相结构和力学性能的影响。结果表明:CoCrFeNiTi合金为FCC晶体结构。随着Al含量的增加,晶体结构开始向BCC晶体结构转变。CoCrFeNiTiAl_x合金的显微组织为树枝晶组织,枝晶区富含Co、Ni、Ti和Al元素,枝晶间富含Cr和Fe元素。CoCrFeNiTiAl_x展现出优异的室温力学性能,当x=0.5时性能最佳,枝晶区显微硬度为829HV、枝晶间显微硬度为952HV、抗压强度为2.023GPa、弹性模量为21.29GPa。     

FeCrMnAlCux高熵合金的组织与性能

采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnAlCu_x(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,采用XRD、SEM、TEM、显微硬度仪、电子万能试验机和摩擦磨损实验机检测分析了Cu含量的变化对合金相结构、显微组织、压缩性能、硬度、耐磨性的影响。结果表明：FeCrMnAlCu_x高熵合金为典型的树枝晶组织,由BCC结构的枝晶组织、FCC结构的枝晶间组织及枝晶内析出的具有BCC结构的纳米级析出物构成。随着Cu含量的增加,合金微观组织中的枝晶组织含量减小,枝晶间组织含量增大;BCC结构的枝晶组织中弥散析出的第二相颗粒对合金的强度和硬度有着重要的影响,抗压强度和屈服强度在x=1.0时达到最大(分别为1230.2 MPa和960.5 MPa),合金的压缩变形率在x=2.0时达到最大值20.68%;随着Cu含量的增加,合金的硬度先增加后减少,合金硬度在x=0.5时达到最大值421.4HV,此时合金的摩擦性能最好,其磨损率为2.25×10^-5 mm³/(N·mm)。     

FeCoNiAlCu_x多主元高熵合金组织与力学性能的研究

采用XRD、SEM、EDS、硬度测试和压缩试验等方法,研究了Cu含量对FeCoNiAlCu_x高熵合金组织与力学性能的影响。结果表明:FeCoNiAlCu_x合金均由fcc相和bcc相组成,但随着Cu含量的增加,fcc相增多,而bcc相减少;该合金为树枝晶组织,枝晶间存在明显的Cu富集,并且Cu含量的增加加剧了Cu元素在枝晶间的偏聚,但在枝晶内没有变化。同时,Cu含量的增加促进了合金塑性的提高,FeCoNiAlCu_(1.5)合金的压缩应变最大,为36.1%,但是降低了合金的屈服强度和显微硬度;FeCoNiAlCu_(0.5)合金的显微硬度最高,为569 HV;FeCoNiAlCu_(0.8)合金的屈服强度最大,为1256MPa。     

热处理对Al_(0.5)CoCrCuFeNi高熵合金显微组织与硬度的影响

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼制备了多组元高熵合金Al0.5Co Cr Cu Fe Ni,研究了不同热处理工艺对合金的显微组织和硬度的影响规律。结果表明,Al0.5Co Cr Cu Fe Ni高熵合金相结构简单,在铸态下由两种不同成分的FCC相组成,枝晶处为贫Cu的FCC1相,枝晶间为富Cu的FCC2相,显微组织为树枝晶形貌,存在一定的枝晶偏析。合金制备态的硬度为255 HV0.5。合金具有良好的热稳定性,随着热处理温度的升高,合金的相结构和硬度均无太大的变化。冷却方式对合金的显微组织和相结构影响不大,但炉冷后合金的硬度比空冷和水冷时高。     

CrMoNbV高熵合金微观组织与力学性能

利用真空电弧炉熔炼制备了CrMoNbV高熵合金。通过XRD、SEM、EDS分析和显微硬度以及压缩试验,研究了合金的相结构、微观组织和力学性能。结果表明:CrMoNbV合金为单一的BCC固溶体结构,合金铸态组织为典型的树枝晶。Mo主要分布于枝晶内,Cr则分布于枝晶间,Nb,V分布较均匀。CrMoNbV高熵合金的硬度可达681.5HV,抗压强度为1450MPa,几乎无塑性变形发生,压缩断口形貌表现为解理脆断。     

热处理工艺对Al0.5CoCrCuFeNi高熵合金显微组织与硬度的影响

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼制备了多组元高熵合金Al_0.5CoCrCuFeNi,研究了不同热处理工艺对合金的显微组织和硬度的影响规律。结果表明,Al_0.5CoCrCuFeNi高熵合金相结构简单,在铸态下由两种不同成分的FCC相组成,枝晶处为贫Cu的FCC1相,枝晶间为富Cu的FCC2相,显微组织为树枝晶形貌,存在一定的枝晶偏析。合金制备态的硬度为255 HV0.5。合金具有良好的热稳定性,随着热处理温度的升高,合金的相结构和硬度均无太大的变化。冷却方式对合金的显微组织和相结构影响不大,但炉冷后合金的硬度比空冷和水冷时高。     

感应重熔和激光重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层组织与性能

采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测,研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成,涂层组织致密,元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织,枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成,枝晶间主要为Cu,Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍,是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主,采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能,其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。     

激光熔覆CoCrCu0.4FeNi高熵合金涂层的微观组织和性能

目的 提高零部件的硬度和耐磨性。方法 采用Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si自熔合金以及Cu粉在Q235钢基体上激光熔覆CoCrCuFeNi高熵合金涂层,激光功率为2.2、2.4 kW,扫描速度为9、12 mm/s,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的微观组织,并测试了涂层的显微硬度。结果 Cu含量较高的涂层与基体形成了良好的冶金结合,但在涂层中存在严重的Cu偏析现象;Cu含量较低的涂层与基体结合处附近存在少量孔洞缺陷,局部区域具有调幅分解,涂层微观组织主要由树枝晶和枝晶间组成,树枝晶为FCC1,富Cu贫Cr,枝晶间为FCC2,富Cr贫Cu,还存在少量的纳米相,形成了具有C和B间隙固溶的CoCrCu_0.4FeNi高熵合金涂层。熔覆的涂层厚度为2.19～2.58 mm,涂层枝晶厚度为2.2～7.3μm,且枝晶越小,硬度越高。涂层的显微硬度为280～300HV0.2,基体的硬度为110～130HV0.2,约为基体的2.5倍。结论 采用Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si自熔合金和Cu粉激光熔覆了CoCrCuFeNi高...     

冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3 高熵合金涂层组织与性能研究

目的 为了提升普通金属材料的表面耐腐蚀和耐磨性能,提出了一种在普通金属材料表面制备性能良好的CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的技术工艺。方法 利用冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层,再经过感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层。通过采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、磨料磨损试验机等,对涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性进行分析。结果 原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层组织致密,元素均匀分布,合金涂层由简单的BCC相构成,涂层的微观组织呈现出典型的枝晶结构。内枝晶区主要富含Co、Cr、Fe和Ni,枝晶间区则富含Cu和Al。CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的显微硬度是45#钢基体的3倍,在干摩擦条件下,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层在摩擦过程中以磨粒磨损为主,涂层在干滑动条件下的磨损率比45#钢基体的磨损率低59%,摩擦因数为0.38,约为45#钢基体的56%,CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的磨损率为2.95×10?5 mm3/(N·m)。结论 使用冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层具有很高的硬度和良好的耐磨性能。     

定向凝固AlCoCrCuFeNi高熵合金的组织与力学性能

以AlCoCrCuFeNi高熵合金为研究对象,研究了不同抽拉速度下定向凝固组织的演变规律,Cu偏析及力学性能。结果表明：定向凝固AlCoCrCuFeNi高熵合金仍然为稳定的BCC和FCC两种晶体结构,微观组织由富FeCoCr相,富AlNi相和富Cu相组成。随着抽拉速度增大,所获得的凝固组织由粗大的树枝晶逐渐演变为细长的层状树枝晶,枝晶臂间距显著减小。不同抽拉速度下,富Cu相都偏析于枝晶间,其在富FeCoCr相边界处形成不连续的锯齿状分布,且在富AiNi相中形成富Cu沉淀。随着抽拉速度增大,富Cu沉淀相由亚微米级转变为纳米级,富Cu相中的Cu原子浓度下降。合金中不同区域组织的显微维氏硬度差异随抽拉速度增大而减小,平均显微维氏硬度从358 HV增加到375 HV。     

AlCoCrNiSiTi_x高熵合金微观组织结构与力学性能

通过XRD、SEM、EDS分析及显微硬度测试,研究了不同Ti含量的AlCoCrNiSiTix高熵合金微观组织结构与力学性能。结果表明:AlCoCrNiSiTix高熵合金主要以bcc1+bcc2两相共存,其中bcc1为AlNi固溶体,bcc2为CrSi固溶体。随着Ti元素的添加,合金中出现了少量Ni3Ti金属间化合物;合金铸态组织形态呈树枝晶状,微观组织中Al、Ni、Ti主要存在于枝晶内,Cr、Si主要偏析于枝晶间;同时合金硬度显著提高。     

熔覆电流对氩弧熔覆FeCrNiCoMn高熵合金涂层组织及显微硬度的影响

采用氩弧熔覆工艺在Q235基体上制备了等摩尔比FeCrNiCoMn高熵合金涂层,采用倒置金相显微镜、自动转塔显微硬度计及3D激光共聚焦显微镜对高熵合金涂层组织及显微硬度进行了分析。结果表明,不同熔覆电流下,FeCrNiCoMn高熵合金涂层均主要由枝晶组织和枝晶间组织组成,且其枝晶间组织中均生成了大量纳米级的析出物。在180~190 A范围内,随熔覆电流的增大,组织显著细化,且枝晶间组织中纳米级析出物形状规则,分布均匀;熔覆电流增大至200 A,涂层组织过度粗大,枝晶间组织被破坏,枝晶间组织中纳米析出物形状、分布均不理想。不同熔覆电流下,FeCrNiCoMn高熵合金涂层表面显微硬度差别不大。180、190 A熔覆电流制备的涂层比200 A熔覆电流制备的涂层截面显微硬度分布更理想。     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

Q235钢等离子熔覆CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆法制备了CoCrCuFeMnNi高熵合金涂层。采用SEM、EDS、XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布。结果表明：采用等离子熔覆等摩尔Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni单质金属混合粉,形成了无裂纹、无孔等与基体冶金结合的高熵合金涂层。涂层厚度约为1mm,主要由FCC1固溶体枝晶和少量枝晶间组织组成,枝晶间为BCC、FCC2相。涂层的显微硬度大约为260～390 HV0.2,明显高于基体的硬度150～180 HV0.2。     

等离子熔覆AlCoCrCuFeNiMnV_(0.2)C_x高熵合金的组织结构

利用等离子熔覆技术在Q235钢板上制备Al Co Cr Cu Fe Ni Mn V0.2Cx(x=0,0.02,0.05,0.1,0.2,摩尔比)高熵合金熔覆层,采用XRF、OM、SEM、XRD、显微硬度计等分析了熔覆层的合金成分、微观组织、物相结构以及显微硬度。结果表明,熔覆层基体组织均为典型的树枝晶结构,由FCC+BCC固溶体组成,枝晶为BCC相,枝晶间为FCC相。当x为0.05~0.2时,熔覆层组织中有大量VC相在枝晶内析出,其形态多呈十字状和多边形颗粒状。由于碳的固溶强化作用和VC的析出相强化作用,随着碳含量的增加,熔覆层显微硬度呈增大的趋势,当x=0.2时,显微硬度达到572.4 HV。     

退火工艺对AlCuCrFeNi高熵合金微观组织与硬度的影响

用真空电弧熔炼法制备了AlCuCrFeNi多主元高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度仪等研究了AlCuCrFeNi铸态以及采用不同退火工艺后的微观组织和硬度。结果表明:AlCuCrFeNi合金在铸态下是由枝晶内富Cr、Fe元素的BCC固溶相、枝晶间富Al、Ni的B2相以及枝晶间富Cu的FCC固溶相组成,并伴有少量的金属间化合物AlFe_(0.23)Ni_(0.77),铸造硬度值约为(465±10) HV。随着退火温度升高,Cu元素发生扩散,FCC相变得粗大,合金的硬度值降低到400 HV左右,与铸态硬度相差不大,说明合金具有较高的热稳定性以及较好的高温使用性能。     

冷喷涂辅助感应重熔合成AlCoxCrFeNiCu高熵合金涂层的显微组织和性能

通过冷喷涂辅助感应重熔技术在45钢基体成功制备AlCo_xCrFeNiCu (x=0、0.5、1.0、1.5、2.0，摩尔分数)高熵合金涂层。研究了Co元素含量对冷喷涂辅助合成高熵合金涂层物相、微观组织的影响。结果表明：通过低压冷喷涂辅助感应重熔技术合成的AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层由fcc+bcc双相混合结构组成，涂层组织为等轴树枝晶+晶间组织，其中枝晶为bcc结构，晶间组织为fcc结构。Co含量的变化会引起AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的晶格畸变状态发生变化，当x=1.0时，AlCo₁CrFeNiCu高熵合金涂层的晶格应变最大。Co元素含量增加会促进AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层中的枝晶数目增加，同时涂层中的树枝晶尺寸也随着Co元素含量增加而增大。涂层中的树枝晶富集Fe、Cr、Co、Ni元素，枝晶间富集Cu元素，Al均匀地分布在整个涂层中。随着Co含量增加，AlCo_xCrFeNiCu高熵合金涂层的硬度先增加后减小；当x=1.0时...     

Al含量对CuCrFeMnTiAl高熵合金组织及摩擦磨损行为的影响

根据高熵合金的设计理念制备CuCrFeMnTiAlx(x=0,0.5,1.0,1.5)合金,研究Al含量对该合金系组织结构、硬度及摩擦磨损行为的影响。结果表明:该铸态高熵合金具有简单结构,随Al含量增加,结构由密排六方转变为面心立方;合金的组织为典型的枝晶组织,枝晶间Cu富集的现象明显;合金硬度随着Al含量的增加而升高,其中Al-1.5合金的硬度最高,可以达到7.19GPa;Al-0.5合金在摩擦过程中表面产生氧化区,降低了摩擦系数,因此Al-0.5合金的耐磨性最佳。     

Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2高熵合金的微观组织与力学性能

采用电弧熔炼工艺制备了CrxCuFe2Mo0.5Nb0.5Ni2(x=0,0.5,1.0,2.0,摩尔比)高熵合金,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计对合金的物相结构、微观组织形貌、元素分布和硬度进行了分析。结果表明,合金物相主要由面心立方固溶体相(FCC)、体心立方固溶体相(BCC)和密排六方固溶体相(HCP)组成。Cr含量的增加,有利于BCC相的形成。合金组织主要呈树枝晶和枝晶间结构组成。合金中Nb、Mo和Cu元素分别偏聚于枝晶和枝晶间区域,Fe、Cr和Ni元素的分布相对均匀。合金硬度随Cr含量的增加而逐渐增加,但增幅较小。     

HT250 铸铁表面等离子合金化 AlCoCrCuFex MnNiCx高熵合金复合涂层

目的通过等离子合金化高熵合金涂层,提高铸铁表面耐磨性。方法采用等离子合金化法,以等摩尔比的Al,Co,Cr,Cu,Mn,Ni单质金属粉在HT250铸铁表面制备高熵合金复合涂层。通过SEM,EDS,XRD等分析涂层的组织,测试涂层的显微硬度分布。结果由于铸铁基体少量熔化,基体中的Fe和C元素进入涂层,形成了厚度约为0.2 mm的Al Co Cr Cu FexMn Ni Cx高熵合金涂层。从涂层表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵的梯度变化。涂层主要由高熵合金的枝晶和枝晶间渗碳体、σ相等组织构成,主要有FCC,BCC,Fe3C及σ相。涂层的显微硬度大约为350~600HV0.2,明显高于铸铁基体的硬度(200~230HV0.2)。结论通过等离子合金化可以在铸铁表面形成高熵合金+碳化物的复合涂层,提高了铸铁的显微硬度,有利于铸铁表面耐磨性的提高。