高熵合金复合涂层研究现状及展望

高熵合金涂层能在经济实用的基础上发挥高熵合金的优良综合性能,但其强化方式主要为固溶强化,强化效果有很大局限性,因此有必要在高熵合金涂层中引入硬质颗粒实现复合增强,从而得到性能更加优良的高熵合金复合涂层。综述了制备高熵合金复合涂层的主要技术,如激光熔覆技术、等离子熔覆技术和氩弧熔覆技术,重点介绍了直接添加和原位合成硬质颗粒增强高熵合金复合涂层的研究现状,分析了其组织与结构,并分别从硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗高温氧化性这几个方面论述了硬质颗粒对高熵合金复合涂层性能的影响,最后针对高熵合金复合涂层研究中存在的问题进行了总结和展望。     

激光熔覆AlCoCrCu_(0.5)FeMoNiTi高熵合金涂层的组织与性能

通过真空激光熔覆制备了AlCoCrCu_(0.5) FeMoNiTi高熵合金涂层。用电阻炉对涂层进行500~900℃的退火处理。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计对涂层的组织结构和硬度进行了分析。结果表明,涂层为BCC结构,晶格常数a为0.291 nm。涂层经过抛光和王水腐蚀后,形貌为树枝晶特征,结晶细密。合金在500~900℃退火处理后仍保持BCC结构,未见有其他析出相,说明合金的具有很好的热稳定性。熔覆态合金的硬度达到1080 HV。经500℃退火后,涂层硬度下降了100 HV,但再升高退火温度,硬度变化极小,在900℃退火后,硬度仍然达到943 HV,说明AlCoCrCu_(0.5) FeMoNiTi高熵合金涂层具有很好的抗高温软化性能。     

激光熔覆FeCrNiCoMnB＿x熵合金涂层的组织结构与性能研究

本文通过硼元素的引入,利用相关实验针对FeCrNiCoMnB_x高熵合金涂层的制备,对激光熔覆技术的应用加强分析,并对此技术对合金涂层硬度、组织结构和性能所产生的影响进行研究。通过实验结果分析可以看出随着涂层中硼含量的不断增加,涂层硬度也在提高,耐磨性能也在不断增强。     

T10钢表面FeMoCoNiCrTix高熵合金熔覆层组织及性能

采用激光熔覆技术在T10A钢表面制备了FeMoCoNiCrTi_x（x分别为0.25,0.50,0.75,1.00）高熵合金熔覆层,分析了试样熔覆层及基体界面处的相结构及组织,并利用显微硬度计测试了试样处理前后的截面硬度变化。研究表明,经过激光熔覆在T10A钢表面得到的高熵合金层主要由NiCrFe、NiCrCoMo 2种固溶体为主,其结构分别为BCC结构和FCC结构,熔覆层的组织以柱状枝晶为主,界面处出现等轴晶;随着Ti含量增多,熔覆层由固溶强化变为固溶体与硬质相混合强化,熔覆层的HV硬度达到了792,热影响区的HV硬度达到了620,均高于基体硬度。同时耐磨损性能有了明显提高,磨损方式由粘着磨损逐渐变为磨粒磨损。      

激光加工参数对Al_2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层质量的影响

利用激光熔覆法制备Al2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层,研究激光加工参数对高熵合金涂层质量的影响。结果表明:当激光功率过小时,激光注入能量较少,涂层和基体不能形成良好的结合;当激光功率过大时,基体材料表面熔化过多,所得稀释率过大,造成涂层的性能下降。在保证涂层与基体结合良好的前提下,随扫描速度增大,显微组织变得细小均匀,耐蚀性变好。激光熔覆法制备Al2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层的最佳工艺参数为:激光功率P=2500W,扫描速度V=3mm/s,熔覆粉末厚度d=1.0mm,光斑直径D=4.0mm。     

钛合金表面激光熔覆涂层及工艺研究进展

钛合金具有密度低、比强度高等多种优点,但存在摩擦因数高、耐磨性能差、高温易氧化等缺点。激光熔覆技术可根据需求提升钛合金的表面性能,满足不同服役环境下对钛合金零部件的使用要求。为此,重点介绍了钛合金表面激光熔覆材料,包括自熔性合金粉末、陶瓷粉末、金属基陶瓷复合粉末等,讨论了激光熔覆工艺对涂层性能的影响,最后指出了钛合金表面激光熔覆涂层的发展方向：(1)发展新型熔覆层材料体系;(2)优化激光熔覆工艺参数;(3)研发功能梯度涂层。     

转炉烟道电弧超音速喷涂涂层性能分析试验

针对转炉烟道的工况及失效形式,为提高烟道的使用寿命,设计了一种电弧超音速喷涂工艺制备的以镍铬合金为主的3层复合涂层,金相观察、显微硬度分析、高温氧化试验及抗热震性能测试表明,复合涂层与基体结合强度高,耐磨耐蚀性能优良。     

抗高温蒸汽氧化ZrC/Cr复合涂层制备与性能研究

采用预制涂层粉末方式在锆合金表面激光熔覆涂层,成功制备出了不同成分配比的ZrC/Cr复合涂层管。涂层厚度90-120μm,组织均匀致密,与基体结合良好。对涂层管进行高温蒸汽氧化试验,结果发现,ZrC/Cr复合涂层抗高温蒸汽氧化性能受成分配比影响显著,ZrC与Cr粉末配比为1:4的复合涂层在1204℃高温水蒸气环境中表现出了良好的抗高温水蒸气氧化性能,氧化增重约为无涂层锆合金包壳管氧化增重的一半。     

钴基合金激光熔覆技术研究与应用现状北大核心

钴基合金是一种常用的表面改性材料,由于其具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温的优异性能,在航空航天、能源、重工、航海装备的表面改性和再制造领域有广泛的应用前景。激光熔覆是一种具有较高经济效益的新型表面工程技术,能够实现材料表面涂层的快速、高质量成形。利用激光熔覆技术,可以在廉价的金属基体材料表面制备高性能的合金涂层,在提升材料表面性能的同时不会影响基体材料的性能,并能节省贵重和稀有金属、降低成本。钴基合金激光熔覆技术在近几十年受到国内外学者的广泛关注,并在涂层硬度、耐磨耐蚀、裂纹敏感性等性能提升方面取得了许多成果。对钴基合金激光熔覆技术的研究现状进行了综述,从材料体系、工艺参数和工业应用方面对国内外研究现状进行了总结和分析,总结了现阶段的研究不足并分析了未来发展的潜在方向。     

机械合金化结合激光熔覆技术制备CoCrMoNbTi难熔高熵合金

采用机械合金化方法制备CoCrMoNbTi难熔高熵合金粉末，并通过激光熔覆技术成功制备出CoCrMoNbTi高熵合金涂层。研究了球磨时间对合金粉末组织形貌的影响，并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了高熵合金粉末和涂层的微观结构。结果表明，随着球磨时间的增加，单质金属的衍射峰按其熔点由低到高陆续消失。粉末微观形貌随球磨时间变化明显，粉末由原始状态被挤压成片状，片状粉末逐渐焊合在一起形成扁平状粉末颗粒。在球磨时间达到40 h时，粉末实现完全合金化，此时粉末形貌趋于球形且得到了极大的细化，粉末中各元素分布均匀，形成了稳定的单相体心立方固溶体结构。CoCrMoNbTi难熔高熵合金激光熔覆层成形质量良好，主要由体心立方固溶体和少量Cr₂Nb、Co₂Ti化合物组成，树枝晶组织细小致密。     

Y2O3对AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及力学性能的影响

利用激光熔覆技术在Q235钢基体表面分别制备出添加不同质量分数Y₂O₃的AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对AlCoCrFeNi高熵合金涂层的微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:AlCoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构（FCC）和体心立方结构（BCC）两相构成;随着Y₂O₃质量分数的提高,其体心立方结构相体积分数增加,而面心立方结构相的体积分数变化呈相反趋势。AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织由等轴晶构成,加入Y₂O₃后,促进了熔池流动,使气孔逐渐消失,致密性提高,晶粒明显细化。添加质量分数5%Y₂O₃的涂层组织呈树枝晶状,形成弥散分布的YAl₂和Y₂O₃相;涂层的显微硬度可达HV 350,约为AlCoCrFeNi高熵合金涂层硬度的2倍,强化效果明显。Y₂O₃的添加有利于促进涂层中体心立方相的形成和YAl₂相的析出,能有效提高高熵合金涂层的硬度及耐磨性能。     

高熵合金耐腐蚀性能研究进展

文章介绍了高熵合金块体材料和高熵合金涂层在常温环境中、高温条件下和一些特殊介质中的腐蚀行为,论述了合金元素、热处理、环境因素及制备工艺对高熵合金耐蚀性的影响,并简要分析了高熵合金耐蚀性研究面临的问题.     

SLM成形Al-Cu-Mg 合金的摩擦磨损性能

铝合金具有低密度、高比强度、较好的耐蚀性等优点，被广泛应用于航空、船舶和汽车等领域；选区激 光熔化成形可以一次性成形复杂零件，具有良好的应用前景。对选区激光熔化（SLM）成形的Al-Cu-Mg 合金 摩擦磨损性能进行了研究，并与成分相近的铸造ZL205A合金性能进行对比，结果表明，采用SLM工艺成形可 细化合金晶粒，改变Al2Cu 的尺寸与分布，使晶粒细小均匀。与铸造ZL205A合金相比，SLM成形Al-Cu-Mg 合金的磨损率和摩擦因数均有不同幅度的降低。SLM成形Al-Cu-Mg 合金横截面的耐磨性最好，纵截面耐磨 性次之，铸造ZL205A的耐磨性最差。SLM成形Al-Cu-Mg 合金的磨损机制随着载荷的变化而不同：低载荷时 的磨损机制以磨粒磨损为主，粘着磨损和塑性挤出磨损并存；中载荷时的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损并伴 随氧化磨损；高载荷时的磨损机制主要为剥层磨损、粘着磨损和氧化磨损的综合作用。     

激光熔覆IMC涂层的热疲劳性能

研究了激光熔覆和Ｎｉ－Ａｌ合金涂层及（Ｎｉ－Ａｌ）＋ＷＣ复合涂层的热疲劳性能。结果表明，涂层疲劳损伤形式为沿晶应力（氧化）腐蚀。腐蚀产物为Ａｌ２Ｏ３。每次热循环后，熔覆层中的最终残余应力是残余热应力和相变应力共同作用的结果。由于复合涂层中的残余应力为压应力，而合金涂层中的残余应力为拉应力，因此前热疲劳性能优于后者。     

Nb 对双相不锈钢激光熔覆组织及性能的影响研究

采用激光熔覆技术,在基体45#钢板上熔覆了含Nb的双相不锈钢涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对涂层的微观组织和元素组成进行了表征分析,测试了涂层沿深度方向上的显微硬度,在20℃条件下进行了UMT摩擦磨损试验,并在3.5 wt.%的NaCl水溶液中进行电化学测试。结果表明:在双相不锈钢合金粉中添加Nb进行激光熔覆,所制备的熔覆层中碳化物由Cr和Nb的碳化物组成,同时Cr含量显著降低;熔覆层中添加Nb后,其硬度和耐磨性比未添加Nb的熔覆层有显著提高,Nb含量为1.4%的时候效果最好;随着Nb含量的增大,自腐蚀电位逐渐增大,自腐蚀电流密度逐渐降低,说明Nb含量越高熔覆层的耐蚀性越好。综上所述,当熔覆层中Nb含量为1.4%的时候,其耐磨性和耐蚀性最好。     

热喷涂制备高熵合金涂层的研究现状与展望

首先介绍了高熵合金的理论基础。然后从不同的热喷涂工艺出发,综述了等离子喷涂、超音速火焰喷涂、高速电弧喷涂、冷喷涂四种技术在制备高熵合金涂层上的研究发展现状,重点从原料选用、制备工艺优化、性能研究、后处理工艺等方面对以上四种热喷涂技术制备高熵合金涂层的研究进行系统地归纳与总结。最后提出现有制备高熵合金涂层的热喷涂技术较少、热喷涂材料受限、高熵合金设计盲目这三个问题,针对性地提出了在优化已有技术的基础上开发新技术;开发高熵陶瓷、高熵非晶合金、高熵复合材料等新型热喷涂材料;沿用材料基因组理念建立高熵合金数据库这三点热喷涂制备高熵合金涂层在未来的发展趋势。      

纳米WC增强Ni基合金喷熔层在不同介质中抗泥浆冲蚀性能研究

采用氧乙炔火焰喷熔工艺制备了Ni60CuMo和纳米WC增强Ni60CuMo两种Ni基合金喷熔层,采用XRD、SEM方法分析了喷熔层的组织结构,测量了喷熔层的硬度和电化学性能;研究了两种喷熔层在淡水和3.5wt.%NaCl介质中的抗泥浆冲蚀磨损性能。结果表明,纳米WC增强Ni60CuMo合金喷熔层的组织结构为纳米WC呈块状均匀镶嵌在γ相固溶体和Cr23C6、Cr7C3等硬质相之间,形成弥散强化,使其硬度提高了约13%;纳米WC增强的Ni基合金喷熔层在3.5wt.%NaCl介质中比Ni60CuMo喷熔层具有更低的腐蚀电位与更高的腐蚀电流密度,它在淡水和3.5wt.%NaCl介质中的抗泥浆冲蚀磨损性能分别比Ni60CuMo喷熔层提高了约53%和20%。纳米WC的加入显著提高了Ni基合金喷熔层的抗泥浆冲蚀性能,但在3.5wt.%NaCl介质中,由于WC与NiCr合金之间形成了大量微电池,加速了喷熔层的腐蚀磨损,使其抗泥浆冲蚀性能的增强效果受到削弱。     

激光熔敷Ni60／WC合金层的腐蚀磨损特性

研究了４５钢表面激光熔敷镍基ＷＣ合金层的耐蚀性及在不同冲击速度和不同浓度酸性介质下的腐蚀磨损特性。结果表明，激光熔敷Ｎｉ６０／ＷＣ合金层不论耐蚀性还是抗腐蚀磨损性能同于２Ｃｒ１３不锈钢。应用微机对试验结果进行逐步回归分析，得出了影响因素与腐蚀磨损速度的害量关系，并探讨了熔敷层的腐蚀磨损过程。     

Cu－Al粉末烧结合金内氧化后的组织与性能

通过测定内氧化强化型Ｃｕ－Ａｌ合金的电阻率、耐蚀、耐磨、抗压性能及ＳＥＭ、ＴＥＭ形貌观察，研究了内氧化对合金组织与性能的影响。结果表明：内氧化层中，内氧化物沿晶界呈网状生长，晶内是Ｃｕ基体加弥散分布的氧化物质点。内氧化使基体Ａｌ原子的固溶量减少，降低了合金的电阻车，增加了合金的致密度及弥散强化效果，因而使５％Ａｌ－Ｃｕ粉末烧结合金的耐蚀、耐磨及抗压性能明显提高。     

粉末冶金在高熵材料中的应用

高熵材料是近年来出现的一种新型材料,具有高强度、高硬度、良好耐腐蚀和优异的高温组织稳定性等性能,在航空航天、高温以及先进核能等领域展现了广阔的应用前景,引起国际材料领域的广泛关注,相关研究也取得了很大进展。粉末冶金作为一种高性能金属基和陶瓷复合材料的先进制备技术,可以获得纳米晶和过饱和固溶体等亚稳材料,同时也可用于传统熔炼法较难制备的具有特殊结构和性能的材料,近些年来,粉末冶金技术在高熵材料制备中得到广泛应用。本文从高熵材料的应用理论出发,针对目前高熵材料粉体制备方法、块体成型以及粉末冶金制备的典型高熵材料三个方面予以综述,着重阐述了高熵材料的力学性能和其变形行为特点,同时展望了高熵材料的未来发展趋势。