共晶高熵合金成分设计的研究进展

共晶高熵合金由于优异的铸造性能以及优良的强塑性匹配受到了广泛关注,然而,共晶高熵合金的成分设计始终是一项挑战。针对这一项挑战,国内外学者开发了多种共晶高熵合金的成分设计方法。每种方法各有特点和局限性,本文对共晶高熵合金的成分设计方法进行了全面评述。     

共晶高熵合金研究进展

共晶高熵合金是凝固过程中发生共晶转变的多组元合金,具有优异的液态充型能力和机械性能,适用于生产形状复杂、对力学性能要求较高且不能进行热机械处理的零件。共晶高熵合金具有4种及以上元素,且相组成和组织形貌对合金成分变化不敏感,因此具有很大的性能调控空间及工艺窗口。通过调控共晶高熵合金的相组成及组织形貌可使其叠加各种优异性能。本文从设计方法、制备工艺、组织结构、力学及理化性能等方面综述了共晶高熵合金的研究现状,并对共晶高熵合金未来的发展进行展望。     

AlCr1.3TiNi2共晶高熵合金的高温摩擦学性能及磨损机理

采用电磁悬浮熔炼+直接铸造的方法制备了千克级的AlCr_1.3TiNi₂共晶高熵合金,借助TEM、APT等表征手段分析了该合金的微观组织与成分分布,使用HT-1000摩擦试验机对比研究了该合金与GH4169镍基高温合金的高温摩擦学性能。结果表明：该共晶高熵合金具有超细的层片状共晶组织(层片间距约350 nm),其共晶两相为晶格错配度只有约2%的bcc相与L2₁相,L2₁相中还存在大量的纳米析出相;≤600℃时,共晶高熵合金的磨损机理以磨粒磨损为主,其磨损率均低于GH4169合金;800℃时,共晶高熵合金的磨痕表面塑性变形加剧,其摩擦系数明显高于GH4169合金,但2者的磨损率相差不大。GH4169合金高温耐磨性的提高得益于其磨损表面氧化物膜的形成,而共晶高熵合金出色的耐磨性主要与其良好的高温组织稳定性及力学性能有关。     

高强韧共晶高熵合金的研究进展

共晶高熵合金具有高硬度、高耐腐蚀性、高耐磨性、极好的铸造性、优异的抗氧化性和磁性等诸多传统合金无法比拟的特点,是传统物理冶金领域对合金设计的一次突破,为新材料、新性能的探索开辟了新的平台.虽然目前已出现多种类型的共晶高熵合金,但对共晶高熵合金的性能和设计思路还缺乏宏观的认识.本文将综述近年来共晶高熵合金的设计方法:试验...     

热机械处理Al-Co-Fe-Ni共晶高熵合金组织性能研究

共晶高熵合金具有优异的强塑性匹配,同时还兼具传统共晶合金良好的铸造性能,对高熵合金的实际化应用有着重大的意义。而如何进一步提升共晶高熵合金的强塑性能,成为了高熵合金领域的研究热点。本文以Al₂₁Co_19.5Fe_9.5Ni₅₀共晶高熵合金为研究对象,探究了热机械处理对合金微观组织和拉伸力学性能的影响规律。并结合合金微观组织和相结构对合金应变硬化能力的影响,阐明了热机械处理条件下合金的变形机制及其对合金力学性能的影响。结果表明,经过热机械处理后合金由共晶层片组织转变为近完全等轴晶组织,且FCC相中析出L1₂相。热机械处理后合金在拉伸变形过程中,随着应变量的增加FCC相内位错密度增加,B2相发生应力诱发马氏体相变而形成具有相互交错孪晶结构的L1₀相,最终在FCC相与B2相双重强化机制下,表现出更高的屈服强度(551 MPa)和断裂伸长率(10.2%),加工硬化率曲线出现显著变化。     

AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金的组织形貌及耐磨性

采用真空熔炼法制备出了AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金,通过XRD、SEM、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了AlCoCrFeMnZr合金的晶体结构、组织形貌、硬度以及耐磨性能。结果表明,AlCoCrFeMnZr合金的物相结构为BCC和HCP双相结构,组织由初生相和细密的片状共晶组织组成。初生相由富Cr、Fe、Zr的HCP相组成,以树枝晶方式生长,片状共晶组织中枝晶区域(α相)主要分布Co、Cr、Fe,晶间(β相)主要分布Al和Zr,符合高熵合金组织及元素分布规律。磨损方式由粘着磨损和磨粒磨损转变为氧化磨损,摩擦因数出现先增加后减少的趋势,平均摩擦因数为0.5432,显微硬度为768.8 HV0.5,具有优良的硬度和耐磨性。     

共晶高熵合金形成的热力学基础研究

通过收集并总结已报道的18种共晶高熵合金的整体成分和各相成分等信息分别计算了反映其性质的一些参数,包括混合焓、混合熵、吉布斯自由能、原子尺寸失配度、电负性差和价电子数,并从热力学角度分析了这些参数对合金结构的影响规律。发现共晶高熵合金整体成分计算出的混合熵等值均基本满足传统高熵合金形成单相固溶体的结构判据要求(即?Smix11 J/(mol×K)、-15 kJ/molΔH_(mix) 5 kJ/mol,δ6.6%等),但是由于其共晶相的平均自由能低于其整体形成单相时的总自由能,这使得共晶高熵合金在凝固过程中发生共晶反应,形成多相结构。     

粉末冶金Al1CO25Cr18Fe23Ni23Ta10共晶高熵合金摩擦磨损性能研究

共晶高熵合金因其优异的高温性能有望代替传统的高温结构材料,本研究采用粉末热挤压成形成功制备了Al1Co25Cr18Fe23Ni23Ta10共晶高熵合金,对比研究了共晶高熵合金显微组织和力学性能,及其在室温和600℃摩擦磨损性能.研究表明:所制备的粉末冶金共晶高熵合金的显微组织由FCC相与Laves相组成,表面能的降低促...     

APPLICATION OF d-ELECTRON ALLOY DESIGN THEORY TO DEVELOPMENT OF HOT CORROSION RESISTANT Ni-BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOYS——Ⅱ. Effects of Refractory Metals Ti, Ta and Nb on Microstructure and Properties

本文系统地研究了Ti,Ta和Nb三个γ′形成元素在抗热腐蚀合金系统Ni-16Cr—9Al-4Co—2W—1Mo—Ti-Ta—Nb(at-％)中的作用该合金系统是根据d-电子合金设计理论和镍基高温合金合金化的特点选出的根据DTA和图象仪分析结果确定了凝固反应温度以及共晶(γ+γ′)体积分数在Ti-Ta—Nb浓度三角形中的等值线分布,与参考合金IN738LC相比较,在所研究的大部分成分范围内,设计合金表现出很低的共晶(γ+γ′)析出(<0.4v-％),较低的凝固范围(<65℃)和较宽的热处理温度范围(>100℃),说明合金具有良好的组织稳定性,单晶铸造性能和热处理工艺性能.经长期时效(900℃/500h)后,无TCP相析出,在很宽的成分范围内,试验合金表现出良好的抗热腐蚀性能(900℃/24h坩埚试验,失重<20mg/cm~2)综合各项结果,给出了可供选择合金成分进行最后单晶生长及力学性能评价的具有较好综合性能的成分范围     

应用d—电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金——Ⅱ合金元素对显微组织和性能的影响

本文系统地研究了Ti,Ta和Nb三个γ′形成元素在抗热腐蚀合金系统Ni-16Cr—9Al-4Co—2W—1Mo—Ti-Ta—Nb(at-％)中的作用该合金系统是根据d-电子合金设计理论和镍基高温合金合金化的特点选出的根据DTA和图象仪分析结果确定了凝固反应温度以及共晶(γ+γ′)体积分数在Ti-Ta—Nb浓度三角形中的等值线分布,与参考合金IN738LC相比较,在所研究的大部分成分范围内,设计合金表现出很低的共晶(γ+γ′)析出(<0.4v-％),较低的凝固范围(<65℃)和较宽的热处理温度范围(>100℃),说明合金具有良好的组织稳定性,单晶铸造性能和热处理工艺性能.经长期时效(900℃/500h)后,无TCP相析出,在很宽的成分范围内,试验合金表现出良好的抗热腐蚀性能(900℃/24h坩埚试验,失重<20mg/cm~2)综合各项结果,给出了可供选择合金成分进行最后单晶生长及力学性能评价的具有较好综合性能的成分范围     

Design Fe-based Eutectic Medium-Entropy Alloys Fe_2NiCrNb_x

High-entropy alloys have attracted broad research interests due to their unique and intriguing mechanical properties. As a category of high-entropy alloys, eutectic high-entropy alloys combine the advantages of eutectic and high-entropy alloys, with excellent mechanical properties and casting properties. Some eutectic high-entropy alloys have been developed and shown exciting properties. In this paper, based on the physical metallurgy of eutectic high-entropy alloy, medium-entropy alloy Fe_2NiCrNb_x was designed. The as-cast alloy is composed of FCC and Laves phases, Nb element promotes the formation of primary Laves phase, and the hardness of the alloy increases with the increase in Nb element. Among the four alloys, the eutectic chemical composition at eutectic point is Fe_2NiCrNb_(0.34); the alloy has a good strength and plastic balance. The ultimate comprehensive strength is 2267 MPa, and the fracture strain is 30.8%. The experiment data and analyses identified the eutectic points and the excellent mechanical behavior. Moreover, the expensive Co element was replaced by Fe element. This cheap medium-entropy alloy has promising prospect in the consideration of the cost performance ratio.     

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。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述。首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析出相、非晶相;性能上,高熵合金涂层由于各种效应的作用,具有高强度及硬度、优异的耐磨性、良好的耐腐蚀性及高温抗氧化性等一系列优异的性能;而后进一步分析了表面熔覆技术工艺参数对高熵合金涂层质量的影响规律、合金元素对高熵合金涂层性能的影响及热处理对高熵合金涂层相组织演变的影响;最后对高熵合金涂层的应用前景及其未来的研究方向进行展望。     

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...     

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。     

Microstructure characteristics and mechanical properties of NbMoTiVWSix refractory high-entropy alloys

Refractory high-entropy alloys are considered as potential structural materials for elevated temperature applications. To obtain refractory high-entropy alloys with high strength, different amounts of Si were added into the NbMoTiVW refractory high-entropy alloys. The effects of Si on the phase constitution, microstructure characteristics and mechanical properties of NbMoTiVWSi_x alloys were investigated. Results show that when the addition of Si is 0, 0.025 and 0.05 (molar ratio), the alloys are consisted of primary BCC and secondary BCC in the intergranular area. When the addition of Si is increased to 0.075 and 0.1, eutectic structure including silicide phase and secondary BCC phase is formed. The primary BCC phase shows dendritic morphology, and is refined by adding Si. The volume fraction of intergranular area is increased from 12.22% to 18.13% when the addition of Si increases from 0 to 0.1. The ultimate compressive strength of the NbMoTiVW alloy is improved from 2,242 MPa to 2,532 MPa. Its yield strength is also improved by the addition of Si, and the yield strength of NbMoTiVWSi_0.1 reaches maximum of 2,298 MPa. However, the fracture strain of the alloy is decreased from 15.31% to 12.02%. The fracture mechanism of the alloys is changed from mixed fracture of ductile and quasi-cleavage to cleavage fracture with increasing of Si. The strengthening of alloys is attributed to the refinement of primary BCC phase, volume fraction increment of secondary BCC phase, and formation of eutectic structure by addition of Si.

     

低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护中的应用

介绍了低共熔溶剂的性质及特点,综述了低共熔溶剂的国内外最新研究成果,特别是氯化胆碱基低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护的应用,分析了镁合金在低共熔溶剂中进行表面处理的可行性。概述了在含氯化胆碱的低共熔溶剂介质中,通过热场、声场、电场以及DES液膜法调控开展镁合金表面化学转化膜的制备、耐蚀机理及反应介质的作用研究,同时将低共熔溶剂与疏水性仿生膜结合,设计出镁合金表面自愈合超疏水涂层。利用低共熔溶剂制备的转化膜的耐蚀性均明显高于镁合金基体,其腐蚀电流密度明显下降。最后对镁合金腐蚀防护的研究现状和方向进行了展望,希望对解决镁合金腐蚀起到一定的指导意义。