间隙原子对高熵合金组织及性能影响的研究现状

高熵合金作为一种新型的合金体系,虽然其组成元素复杂,但能形成简单的固溶体,具有许多异于传统合金的结构和性能特征,其研究近年来成为热点。间隙原子可以溶入基体晶格间隙产生固溶强化,与合金元素结合形成细小弥散强化相,以及降低层错能,改变位错运动方式等,从而改善高熵合金性能。文章在论述高熵合金组织结构特性的基础上,分析了间隙原子C、N、O、B对高熵合金相形成规律、强化机理、塑性变形机制的影响,总结了间隙原子含量及其产生的固溶强化、晶粒细化、第二相强化作用对高熵合金组织性能等方面影响的研究进展,最后提出了含间隙原子的高强高韧高熵合金组织结构设计研究的新方向。      

高熵合金的概念及其特点

1995年台湾科学家叶均蔚提出高熵合金概念。高熵合金含有多种主要元素,每种元素介于5%-35%之间,是近二十年来通过独特的成分设计理念而开发出来的一类性能优异的新型金属材料。传统金属则是以一种元素为主,而高熵合金是多元素共同作用的结果。所以高熵合金是一种颠覆数千年以来的合金制备方法。与传统合金相比,高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀等等。     

间隙原子掺杂高熵合金的研究进展

分析了间隙原子C、N、O、B对高熵合金组织和性能的影响;总结了四种间隙原子含量及其产生的固溶强化、晶粒细化、第二相强化作用对高熵合金组织及性能等方面影响,大量的研究表明,在高熵合金体系中掺杂间隙原子不仅可以调控相结构组成（促进/抑制相变,析出第二相颗粒）,还可以改变其形变机制（TWIP、TRIP效应）以实现材料的强韧化.其有效利用既可以拓宽高熵合金的设计思路,也可以有效降低航空材料的制备成本.最后提出了含间隙原子的高强高韧高熵合金组织结构设计研究的新方向：（1）了解不同类型高熵合金的掺杂机理,建立更适合高熵合金体系的固溶强化模型;（2）找出合适的间隙原子及其掺杂量来调节高熵合金微观结构和力学性能.研究设计掺杂不同间隙原子的高熵合金有望揭示不同间隙原子对其相结构、形变机制和力学性能的影响,具有重要的科学及工程实践意义.     

Al_xCuFeNiCo(Cr)系高熵合金颗粒增强铝合金的性能研究

为了解决陶瓷颗粒与金属基体界面润湿性差,界面结合强度不够等问题,采用与铝合金界面润湿性极好的高熵合金颗粒来强韧化铝合金,重点分析不同元素配比的AlCuFeNiCo(Cr)系高熵合金与体积含量对铝合金显微组织与力学性能的影响.结果表明,采用机械合金化法制备的Al0.5CuFeNiCoCr和AlCuFeNiCoCr高熵合金为FCC和BCC结构,Al0.25Cu0.75FeNiCo高熵合金为FCC结构.Al0.25Cu0.75FeNiCo高熵合金颗粒的综合强韧化效果最好,AlCuFeNiCoCr与Al0.5CuFeNiCoCr颗粒效果类似.分析认为,强韧化效果与高熵合金的性质有关,Al元素含量的改变影响了增强相的力学和物理性能.     

Al0.5CoCrFeNiBx多主元高熵合金的组织结构和力学性能

采用真空电弧炉熔炼不同B含量的Al0.5CoCrFeNiBx(x为摩尔分数,x=0,0.1,0.2,0.25,0.3)高熵合金,通过XRD分析、SEM观察和力学性能测试研究了不同B含量对Al0.5CoCrFeNiBx高熵合金微观组织结构与力学性能的影响.结果表明:Al0.5CoCrFeNiBx合金主要由简单的面心立方结构和体心立方结构相组成.Al0.5CoCrFeNi合金组织为典型的树枝晶形貌,B元素的加入使枝晶组织细化,且枝晶间形成针状β相和岛状a1相.适量B元素能提高合金的抗拉强度,但降低合金的塑性.     

高熵合金的研究现状和应用前景

综述了高熵合金的制备方法、特性及其应用前景。高熵合金是近年发展起来的新型合金,通常包含5种以上的主要元素,各主元的原子分数在5%~35%之间,其组织和性能在许多方面有别于传统合金。随着对高熵合金研究的深入,其应用会越来越广,对各行各业的影响也会越来越大。     

粉末冶金法制备CrFeNiCuMoCo高熵合金的组织与性能

利用粉末冶金法制备CrFeNiCuMoCo高熵合金,用带有能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射仪、显微/维氏硬度计、电化学工作站、材料试验机等对CrFeNiCuMoCo高熵合金组织结构进行分析并测试其硬度、耐蚀性和压缩性能.结果表明:CrFeNiCuMoCo高熵合金组织形貌简单;物相主要由FCC和BCC两相组成,Mo元素和Cu元素在合金中存在偏析现象;合金的耐蚀性能优异,与304不锈钢相比,自腐蚀电流密度减小1个数量级;组元间原子半径的差异导致较大的晶格畸变,阻碍位错的运动,使得固溶强化效应增强;Mo元素起到细化晶粒作用,使该合金具有较高的硬度和抗压强度,合金硬度为485 HV,抗压强度约为1 385MPa;断裂类型为脆性解理断裂.     

含Cu高熵合金的组织结构和力学性能分析

高熵合金（HEAs）是一种由5种或5种以上元素以接近等原子比的方式混合而成的一种新型合金。HEAs的概念为开发具有独特性能的先进材料提供了新的途径,这是传统的基于单一主导元素的微合金化方法无法实现的。由于Cu元素与HEAs中其他元素的混合焓均为正值,因而更容易偏聚形成富Cu的面心立方（fcc）结构。本文主要总结了合金成分、制备方法对含Cu HEAs组织结构的影响规律以及含Cu HEAs的热稳定性。例如Al的添加会使CoCrCuFeNi合金从fcc单相转变为fcc+bcc的双相结构,而Ni含量的增加则会将AlCoCrCuNi的多相组织转变为单相fcc结构。与传统铸造工艺相比,选区激光熔化和喷溅急冷等具有极高的冷却速度,限制了元素的扩散,因而制备而成的AlCoCuFeNi和AlCoCrCuFeNi合金均是bcc结构。组织结构的改变会进一步影响含Cu HEAs力学性能,因而本文也探讨了合金成分、制备工艺和服役温度与力学性能的关系。例如,V的添加可以提高合金的强度,以先进制备方法如选区激光熔化或激光粉末熔融得到的合金具有优于铸造合金的力学性能。     

碳元素对Al_(2)CoCrCuFeNi高熵合金组织和性能的影响北大核心

采用粉末冶金的方法制备了Al_(2)CoCrCuFeNi和Al_(2)CoCrCuFeNiC_(0.02)高熵合金,使用X射线衍射仪、金相显微镜和显微硬度计等对高熵合金进行分析和测试。实验结果表明,经过20 h球磨和烧结后,Al_(2)CoCr-CuFeNi和Al_(2)CoCrCuFeNiC_(0.02)高熵合金分别形成了BCC+FCC和有序BCC(B2)+FCC的简单固溶体结构,硬度分别为208 HV和328 HV。C元素的加入对高熵合金强度有明显的贡献,使其硬度比不含C的高熵合金提高了约58%。     

新型双高铝合金

正美国专利6334911 B2本发明涉及一种高强度高塑性铝合金,其主要成分可用如下通式表示:Al余量CuaMbTMc。式中,M—Mn与Cr之一或二者皆有;TM—至少从V、Fe、Co与Ni四元素中选取其一;a、b、c—代表其原子百分数须满足下式1≤a≤3、3≤b≤5、1≤c≤2。合金组织中含有准稳定成分,因此该合金既有高的强度又有高的塑性,其室温伸长率大于10%,而弹性模量又高于85GPa。     

激光增材制造技术制备高熵合金研究进展

介绍了激光增材制造高熵合金的工艺方法,从成形工艺、合金元素含量（摩尔分数）、热处理工艺和增强相添加等几个方面综述了国内外激光增材制造高熵合金的研究进展,分析了激光熔化沉积和选区激光熔化成形两种主要激光增材制造技术,以及两种技术制备高熵合金的微观结构和力学性能,指出了高熵合金激光增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题,并提出了改进措施。     

铌钨钼合金中的碳化物

随着航空航天技术的发展,要求各种高温部件的使用温度、强度、使用寿命等不断提高。中、高强铌合金具有密度小、强度高、可焊性和冷塑性好等优点,适于用作航空航天结构件。中、高强度铌合金主要通过添加一定质量分数的W、Mo、Ta、Ti、Zr、Hf等金属元素固溶强化,同时添加C元素形成碳化物进行第二相强化,产生固溶强化+弥散强化的复合强化效果。通过调整各组分元素的添加量、碳化物的结构和颗粒尺寸,来实现合金强度与塑性的合理匹配。随着合金元素添加种类、数量的增加,合金强度提高,使用温度也相应提高。本文探索了碳化物的新分析方法——电解法,将铌合金中的碳化物以电解阳极泥的形式全部分离出来,以获得合金中C的准确含量,这将有利于对中、高强度铌钨钼合金的合金化学成分和力学性能的精确调控。     

难熔高熵合金:制备方法与性能综述

从加工方法、微观结构以及各类性能三方面介绍了难熔高熵合金(Refractory high-entropy alloys,RHEAs),最后对难熔高熵合金的发展和未来进行了展望。以MoNbTaVW为代表的难熔高熵合金在高温下表现出优于传统镍基高温合金的压缩屈服强度,且屈服强度随温度的变化更加缓慢,高温力学性能优异;以MoNbTaVW、MoNbTaTiZr、HfNbTiZr等为代表的难熔高熵合金,与商用高温合金、难熔金属、难熔合金以及工具钢相比,展现出更优的耐磨性能。以W₃₈Ta₃₆Cr₁₅V₁₁合金为代表的难熔高熵合金在辐照后,除了析出小颗粒第二相外,不存在位错环缺陷结构,抗辐照性能优异。提出了难熔高熵合金未来发展的两大方向:建立高通量的实验和计算方法继续探索更多的难熔高熵合金组成和结构模型;探索多场耦合环境下难熔高熵合金的服役行为。      

微波辅助燃烧合成FeCoNiCuAl高熵合金的组织与性能

基于高熵合金的成分设计理念,利用铝热反应机制,以氧化物粉末为原料,采用微波辅助燃烧合成法,制备了块体FeCoNiCuAl高熵合金,试验了一种高熵合金制备的新方法.研究了该合金的微观结构和性能,结果表明:该合金的组织是典型的树枝晶;该合金具有简单的体心立方和面心立方结构;Fe、Co、Ni、Al四种元素分布比较均匀,Cu倾...     

多主元FeNiMnCr_(0.75)Al_x高熵合金微观结构和力学性能的研究

研究了合金中Al含量的增加对铸态FeNiMnCr_(0.75)Al_x(x=0.25,0.5,0.75,原子分数)高熵合金晶体结构及力学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对合金的微观结构及形貌进行分析,采用维氏硬度计和MTS万能试验机测试合金的硬度和室温压缩性能。试验结果表明,铸态下,FeNiMnCr_(0.75)Al_x高熵合金均由bcc和fcc两种晶体结构的相构成。随着Al含量的增加,合金中bcc结构的相的相对含量逐渐增加,导致硬度和压缩屈服强度也随之升高,应变量降低;且Al含量的增加最终也促使合金中无序bcc结构的相逐渐转变为Ni∶(Mn+Al)=1∶1(原子分数比)型有序bcc结构的相。     

固溶处理对2E12铝合金显微组织和拉伸性能的影响

固溶处理对合金的组织产生影响,进而影响合金的拉伸性能。随着固溶温度的增加,保温时间的延长,合金屈服强度σ0.2增加。升高加热温度及延长保温时间将有助于溶质原子溶解,使得合金元素充分溶入基体,从而增加析出相数量,减小其尺寸,提高了时效强化效果,增强合金强度,合金塑性不断改善。     

铌对美标桥梁结构钢板性能的影响

通过向桥梁结构钢板HPS70W中添加不同含量的Nb元素,研究了合金元素Nb对桥梁结构钢板的力学性能、金相组织和第二相粒子析出的影响。试验结果表明,合金元素Nb对桥梁结构钢板HPS70W低温韧性、强度和塑性有显著影响。     

硼对Ti-1023合金组织与性能的影响

采用真空自耗电弧炉熔炼添加硼元素的Ti-1023合金铸锭,对其进行一定的变形得到锻造棒材。利用金相显微镜、电子探针、万能材料试验机等设备对其进行宏观、微观组织及性能分析,研究硼元素对铸态与锻态Ti-1023合金组织与性能的影响。研究发现,硼元素作为一种高效的细化剂,能显著细化Ti-1023合金的铸态组织。硼化物倾向于以链状析出,对合金进行充分变形,能使硼化物充分破碎。微量的硼可以显著提高钛合金的强度,当硼含量在0.1%~0.2%(质量分数)时,Ti-1023合金的抗拉强度与屈服强度变化不大,但是塑性下降明显。为了得到良好的强度-塑性匹配,最佳硼添加量不应大于0.1%。     

新型高熵非晶合金的功能性能研究进展

高熵非晶合金是近年来发展起来的一种新型先进合金材料,它兼具了高熵合金和非晶合金良好的力学性能、磁学性能以及电化学性能等多方面综合特性,故而备受各领域众多学者的广泛关注.因为非晶合金不存在晶体结构缺陷与磁晶各向异性,所以具有更加优异的软磁性能.进一步地,将"高熵效应"的概念引入到非晶合金的研究中,使高熵非晶合金在很宽的温...     

高氮高速钢的性能和合金马氏体价电子结构关系的研究

本文运用余瑞璜的“固体与分子经验电子理论”建立了Fe-C系、Fe-N系合金马氏体晶胞的价电子结构,研究了高氮高速钢中合金元素C、N、w、Mo、Cr、V对强度、韧性、红硬性和抗回火稳定性等各项性能的作用机制。研究结果表明:在高氮高速钢中形成了较Fe-C系合金马氏体具有更强键合力的和对C、N原子扩散具有更高阻力的Fe-N系合金马氏体偏聚结构单元,增加了具有较强键合力偏聚结构单元的权重,同时N原子促进了合金元素W、Mo、Cr、V原子间的交互作用,并使合金马氏体中的共价电子对空间分布更为均衡,进而使高氮高速钢的各项性能均优于传统高速钢。