难熔高熵合金的研究进展

难熔高熵合金的研究为开发新型高温合金提供了新的发展思路.综述了难熔高熵合金的发展现状,介绍了采用电弧熔炼技术制备的难熔高熵合金的组织及性能特点.     

高屈强比Ti-Nb-Cr-V-Zr系难熔高熵合金的组织与力学性能

通过真空电弧熔炼法制备了Ti_47-xNb₂₃Cr₁₈V₁₂Zr_x(x=0、4、8、12 at%)系难熔高熵合金,随后在1200℃下保温12 h对合金进行均匀化热处理。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能力学试验机和显微硬度仪等研究了铸态与均匀化热处理态合金的相组成、微观组织及力学性能。结果表明：Zr元素的添加使铸态合金在枝晶间析出C15结构的Cr₂(Ti, Nb, V,Zr)-Laves相,同时,Zr元素含量的增加增强了合金的压缩屈服强度和硬度,但使其塑性降低。均匀化热处理并未改变合金的相组成,但使合金的组织形貌发生了明显改变,并大大增加了析出相的体积分数。经过均匀化热处理后,合金的强度和硬度有所降低,但塑性得到改善。其中,Ti₄₃Cr₁₈Nb₂₃V₁₂Zr₄合金的压缩塑性由铸态时的29%提升至超过50%,同时具有1110 MPa的屈...     

难熔高熵合金综述（英文）

综述了近年来难熔高熵合金(RHEAs)在合金设计、显微组织和力学性能方面的研究进展,并重点讨论了内在的强化机制和变形行为。难熔高熵合金主要由近等摩尔比的难熔元素组成,具有优异的力学性能,尤其是高温力学性能。然而,大多数难熔高熵合金的室温塑性有限。为了解决这一问题,研究人员已开展了大量相关研究工作,其中某些难熔高熵合金材料具有很大的高温实际应用潜力。难熔高熵合金除了具有优异的力学性能外,在其他性能方面也有优势,如生物相容性和耐磨性。最后,还讨论了难熔高熵合金目前存在的问题和对未来发展的建议。     

难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战

传统反应堆结构材料性能已趋于极限,亟需开发新型材料。难熔高熵合金是以多种难熔元素作为主元的新型金属材料,具有独特的力学、物理和化学性质,尤其在高温力学、抗辐照等方面表现出优异的性能。难熔高熵合金在第4代核裂变反应堆包壳材料、核聚变堆面向第一壁材料等关键领域具有广阔的应用前景。本文结合具有代表性的文献,围绕难熔高熵合金的力学性能、抗辐照性能、抗氧化性能阐述了其强化机制与抗辐照机理,梳理了难熔高熵合金的发展脉络,在此基础上展望了难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的应用前景。     

Hf含量对NbMo0.5HfxTiZrCrAl难熔高熵合金组织及力学性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了5种名义成分为NbMo0.5HfxTiZrCrAl(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, at.%)的难熔高熵合金。研究了Hf对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明：添加Hf和不添加Hf的合金的微观组织均由两种BCC相（即BCC1和BCC2）和Laves相构成。在未添加Hf的合金中,BCC1相中主要富含Zr、Cr和Al元素,BCC2相中主要富含Nb、Ti和Mo元素。而在添加Hf的合金中,BCC1相中主要富含Hf、Zr、Cr、Mo和Al元素,BCC2相中主要富含Nb和Ti元素。随着Hf含量的增加,BCC1相的含量逐渐增加,且BCC1和BCC2相的晶格常数均有所增大。此外,随着Hf含量的增加,合金的硬度和脆性均逐渐增加,而合金在1200 ℃的抗压强度逐渐降低。     

放电等离子烧结MoNbTaW难熔高熵合金

以纯金属元素粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备了MoNbTaW难熔高熵合金,研究了烧结温度和保温时间等工艺参数对MoNbTaW难熔高熵合金的物相、晶体结构、烧结行为和力学性能的影响。结果表明,在烧结温度1800℃和保温5min即可形成BCC单相高熵合金;烧结温度是影响MoNbTaW难熔高熵合金致密度、晶粒尺寸和力学性能的主要因素;随着烧结温度的升高,合金的晶粒尺寸增大,致密度、硬度和和屈服强度均增高;烧结温度为2000℃时合金的致密度可达99.8%,化学成分无偏析,屈服强度为1314±14MPa,断裂韧性为(5～6)MPa.m_1/2,其断裂模式为解理断裂。     

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。     

增材制造难熔高熵合金综述

寻求可打印金属材料的研究至关重要。近年来,多种可打印性良好的材料已被发掘出来,如Ti-6Al-4V、FeMnCoCrNi、不锈钢及一些难熔高熵合金。尽管已经获得了诸多可喜结果,增材制造难熔高熵合金依然发展缓慢。由于难熔高熵合金的优越高温性能,复杂成形的需求也日渐高涨。本文主要介绍了增材制造难熔高熵合金的一些研究进展,综述了有关难熔高熵合金激光增材制造、电子束增材制造和丝材增材制造技术,并为后续研究工作提供参考。此外,本文也系统地讨论了有关增材制造难熔高熵合金面临的机遇和挑战。     

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...     

TiZrHfNbSc难熔高熵合金组织和力学性能研究

利用真空电弧熔炼设备制备了新型TiZrHfNbSc难熔高熵合金,利用XRD、SEM、DSC等方法分析了合金的显微组织,利用显微硬度计、微控电子万能试验机测定了合金的硬度及力学性能。研究结果表明：TiZrHfNbSc难熔高熵合金为单一无序的BCC固溶体结构,晶格常数a=3.443?,合金密度约为7.16g/cm_³;合金的维氏显微硬度约380,屈服强度σ_0.2=650MPa,压缩变形率达到60%以上,合金的强化机制为固溶强化。     

镧对NbMoTiVSi0.2难熔高熵合金显微组织与力学性能的影响

为了研究La对难熔高熵合金显微组织与力学性能的影响,制备不同La含量的NbMoTiVSi0.2合金,并对其相组成、显微组织演变、压缩性能及相关机理进行系统分析.结果表明,不同La含量的合金由BCC固溶体、共晶组织、MSi2二硅化物和La析出相组成.共晶组织及大部分La析出相在晶界处形成,而二硅化物相在晶粒内部形成.La...     

基于成分与力学性能调控的NbTiMoVHf(Zr)Si系难熔高熵合金优化

高温力学性能优异的难熔高熵合金在航空发动机热端部件制造中展示出广阔的应用前景。首先,采用真空电弧熔炼法制备了20种NbTiMoVHf(Zr)Si系难熔高熵合金,并通过维氏硬度和拉伸性能测试确定了具有较好力学性能的合金样品,随后利用X射线衍射和电子背散射衍射等研究了其微结构特征。结果表明：NbTiMoVZrSi系高熵合金的力学性能更优,维氏硬度可达723 HV,抗拉强度可达219 MPa;随着Si含量增加,合金的晶粒尺寸减小,析出更多硬质硅化物,且硬度最高的样品小角度晶界含量较高。     

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)。     

Al-Li合金强韧化机理及途径

概述了Al-Li合金强韧化的内部机理和外部机理，并在此基础上阐述了提高Al-Li合金强韧性的主要途径。     

第一性原理计算Mo含量及压力对CrZrNbTiMox难熔高熵合金性能的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究Mo含量和压力对CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金相结构、弹性常数和弹性模量的影响。计算了CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金的混合焓(ΔH_mix)、混合熵(ΔS_mix)、原子半径差(δ)、价电子浓度(VEC)以及参数Ω。结果表明,CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金主要以单一的BCC无序固溶体结构为主。随着Mo含量的增加,合金的晶格畸变不断减小,但力学性能稳定且始终以金属键结合。Mo的添加对合金的抗体积变形能力提升较大、对抗切应变能力及刚度影响较小,合金表现为韧性材料。在0～25 GPa压力作用下,CrZrNbTiMo_0.6合金表现出优异的相稳定性和力学稳定性,体弹性模量(B)增幅较小,剪切弹性模量(G)、杨氏模量(E)变化较小;泊松比μ及G/B计算结果表明合金为韧性材料。     

AlZnMgCuMn高熵合金的微观组织、力学和耐腐蚀性能及其机理

为探究轻质高熵合金AlZnMgCuMn的微观组织、力学性能、耐腐蚀性能及合适的热处理工艺,本研究采用XRD、SEM、EDS分析了合金的微观组织,通过电子万能试验机和维氏硬度计测试其力学性能,利用动电位极化测试、阻抗谱、CLSM和AFM对耐腐蚀性能及其机理进行分析。结果表明,AlZnMgCuMn高熵合金由Al-Mn准晶体相和hcp相组成,前者表现为枝晶形貌,后者则分布于枝晶间。热处理对两相形貌、分布和体积分数的影响较小。铸态AlZnMgCuMn的抗压强度、压缩率和显微维氏硬度(HV0.5)分别为415MPa、4.4%、4519.7MPa,自腐蚀电位和电流分别为-726.344 mV和1.882μA/cm2。电化学腐蚀之后合金表面产生明显的腐蚀坑,其深度约为11.8μm,枝晶Al-Mn相具有较低的电位作为阳极而优先被腐蚀,随着腐蚀的加剧,腐蚀微区彼此连接并发展成为大面积的腐蚀坑。     

高强韧Al-Si-Mg合金材料设计与制备

为获得高强韧Al-Si-Mg合金,以亚共晶Al-Si-Mg合金为研究对象,探究了ASN晶种合金对其组织及室温力学性能的影响.试验结果表明:未添加ASN晶种合金时,Al-Si-Mg合金中α-Al晶粒粗大,枝晶发达,共晶组织分布不均匀;而向Al-Si-Mg合金中添加1％的ASN晶种合金后,α-Al晶粒得到一定细化,枝晶生长...     

三元Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金的组织演变与强韧化机理

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了两种系列的Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Vickers硬度计及万能力学试验机研究了合金的显微组织、力学性能及强韧化机理。结果表明：随着Al含量不断增加,合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的显微组织由初生相Cr₂Nb+共晶Cr₂Nb/Nb固溶体(Nbss)演变为全共晶Cr₂Nb/Nbss;而随着Si含量不断增加,合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的显微组织由初生相Nbss+共晶Cr₂Nb/Nbss演变为海藻-树枝晶共晶,树枝晶内部为两相共晶Cr₂Nb/Nbss,树枝晶边缘为三相共晶Cr₂Nb/Nb₅Si₃/Nbss。合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的压缩强度与断裂韧性随Al含量增加不断减小,而合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的压缩强度与断裂韧性随Si含量增加...     

高Li含量Al-Li合金的发展与强韧化途径

高Li含量的Al-Li合金相对于其他合金或复合材料在轻量化上更具有优势,提高Li含量能降低Al-Li合金的密度,但Li含量过高会导致合金成分严重偏析又在一定程度上限制了Al-Li合金的发展.然而航空工业的超速发展要求Al-Li合金轻量化与优异的综合性能相匹配,获得性能更好的高Li含量Al-Li合金是探索的热点.阐述了通...