放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。     

机械合金化和放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金

研究了球磨转速、球料比和球磨时间对NbMoCrTiAl高熵合金粉末的物相、微观形貌及粒度的影响,探讨了不同温度下放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金微观组织和硬度的变化规律。结果表明:在转速300 r/min和球料比10∶1条件下,球磨60 h粉末只达到部分合金化;在转速300 r/min和球磨50 h时,球料比要达到12∶1才能实现粉末完全合金化;在球料比10∶1和球磨50 h条件下,球磨转速要高于400 r/min才能获得单一BCC固溶体高熵合金。NbMoCrTiAl粉末在高能球磨中元素发生合金化的先后顺序为Al→Ti→Cr→Nb→Mo。NbMoCrTiAl高熵合金粉末在放电等离子烧结(SPS)时发生了第二相析出和溶解转变。随着烧结温度的升高(1 400～1 600℃),第二相的数量减少及其尺寸增大,导致了合金硬度的降低。     

球磨时间对MA-SPS法制备FeCoCrAlNiB高熵合金微观结构、硬度和断裂韧性的影响

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备FeCoCrAlNiB高熵合金。研究球磨时间(1、5、10、20、30和40 h)对合金相成分、微观结构、硬度和断裂韧性的影响。结果表明：高能球磨过程中各金属元素的合金化顺序为Al→Co→Ni→Fe→Cr;混合粉末球磨20 h后基本形成了单一的BCC固溶体相,其颗粒尺寸约为20μm。对不同球磨时间的混合粉末进行SPS烧结,获得的FeCoCrAlNiB高熵合金主要由无序BCC+B2(Al-Ni)固溶体相和硼化物相(Fe₂B等)组成。随着球磨时间的延长,合金中硼化物相含量先减少后增加并主要以网状形式分布,BCC相含量则与之相反;合金硬度随球磨时间的延长逐渐提高,主要是因为合金元素间固溶程度越来越高,硼化物相逐渐增多;但硼化物形成的网状结构会破坏基体的连续性,导致合金断裂韧性逐渐降低。当球磨时间为20 h时,获得的FeCoCrAlNiB高熵合金的维氏硬度(HV)为(10.9±0.2) GPa,断裂韧性(K_IC)为(4.4±0.2) MPa·m^1/2,表现出最优的综...     

放电等离子烧结对TiB_2/AlCoCrFeNi复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结方法(SPS),制备体积分数5%TiB_2的等摩尔AlCoCrFeNi高熵合金基复合材料。通过密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试等方法,研究SPS烧结温度及烧结压力对复合材料的微结构演变与力学性能影响。结果表明:随着SPS烧结温度及烧结压力的增加,复合材料的硬度及抗压强度得到明显提高。在1200℃/30MPa进行SPS烧结后,复合材料的致密度达99.6%,抗压强度达2416MPa,屈服强度达1474MPa,硬度超过470HB。烧结过程中,复合材料的基体高熵合金发生相变,1200℃及30~45MPa烧结时,复合材料由BCC,B_2,FCC,σ及TiB_2相组成。     

Nb和Ta合金化对CoCrFeNi高熵合金组织和力学性能的协同作用

采用真空电弧熔炼法制备CoCrFeNi-(Nb,Ta)系列高熵合金,详细研究Nb和Ta合金化对CoCrFeNi基高熵合金组织演变和力学性能的协同效应。Nb/Ta合金化方式影响(CoCrFeNi)₈₈Nb_x Ta₍(12-x))合金的组织组成、共晶相片层间距、Laves相的尺寸形貌、两相体积分数及成分组成。Nb,Ta含量为等原子比时,合金组织组成为FCC+Laves两相共晶组织;Nb,Ta含量为非等原子比的合金则呈现为共晶(FCC+Laves)相和初生Laves相的组织结构,初生Laves相的体积分数和晶粒尺寸随Nb/Ta原子比的增加而单调增加。研究合金的压缩屈服强度与Laves相体积分数正向相关,压缩断裂强度几乎不受组织组成的影响,压缩塑性则与Laves相的体积分数、类型与尺寸分布呈现负相关。计算分析CoCrFeNi-(Nb,Ta)高熵合金的强化机制,探讨合金组织组成对其强度的作用规律。分析表明,细晶强化和Laves相的第二相强化是提升合金屈服强度的主要因素。     

高熵合金中的第二相强韧化

高熵合金是由多种元素以等原子比或近等原子比合金化所形成的一类新型金属材料。不同于传统的以一元或二元为主的合金设计思想,高熵合金颠覆性的合金设计理念使得其具有独特的原子结构特征,因而呈现出许多优异的力学、物理及化学性能。但其力学性能还有需继续提高之处,FCC结构的高熵合金通常塑性较好但强度偏低,而BCC结构的高熵合金强度较高但塑性较小。第二相强韧化已经被应用在高熵合金中以改善其强韧性,目前已经开发了大量高性能第二相强韧化高熵合金。然而,由于高熵合金独特的结构和性能特点,其强韧化行为特点和机制与传统合金并不完全相同。从高熵合金第二相强韧化的研究现状出发,简要介绍了高熵合金中的第二相种类及其强韧化机理,并对高熵合金第二相强韧化的研究进行了简单的展望。     

烧结温度对TiAl合金块体材料组织和性能的影响

采用机械合金化和等离子烧结工艺成功制备细晶TiAl合金,研究不同烧结温度(750~1050℃)对所得块体材料的显微组织和力学性能的影响。XRD研究发现:完全固结的块体材料主要由γ-TiAl和α2-Ti3Al相组成。采用SEM和TEM观察块体材料的显微组织。当烧结温度为950℃时,所得的块体材料致密度高,接近完全致密化,其压缩屈服强度为2106 MPa。当烧结温度大于950℃时,致密度未发生明显变化,块体材料的屈服强度有所下降。     

热压烧结(FeNiCoCr)100-x Al x (x=0、5)高熵合金的微观组织及力学性能

采用低能球磨-热压烧结制备了(FeNiCoCr)_100-x Al _x (x=0、5)高熵合金,并对其进行时效处理,研究了合金的组织结构与力学性能。结果表明：烧结态及时效态合金的微观组织均由FCC相和少量BCC相构成,其中FCC相中均存在孪晶,且未添加Al的合金中孪晶比例相对较高;添加Al的合金中BCC相较高,且时效处理后出现了大量小角度晶界。时效态FeNiCoCr合金具有最佳的综合性能,其压缩真屈服强度达545 MPa,弯曲强度和断裂韧性分别为1342±20 MPa和32.5±2.0 MPa·m^1/2,优异的力学性能归因于FCC相中退火孪晶的形成以及BCC相的析出。     

机械合金化方法制备AlxCoCrCu0.5FeNi高熵合金组织结构和性能研究

采用机械合金化和真空热压烧结方法制备了Al_xCoCrCu_(0.5)FeNi高熵合金,研究Al含量对合金系的晶体结构、显微组织、硬度、压缩性能以及摩擦磨损行为的影响。球磨60h和真空热压烧结后的晶体结构均为FCC和BCC双相结构,但相对含量发生变化。Al含量的增加使合金塑性降低,硬度和强度增大,低Al含量的Al_0、Al_(0.5)合金塑性好,强度低,压缩量高达30%和25.6%;高Al含量的Al_(1.0)、Al_(1.5)合金塑性较差,强度高,压缩强度达到1855MPa和2083 MPa,原子半径大的Al含量增加造成严重的晶格畸变,使固溶强化效应增加是合金硬度和强度升高的主要原因。随着Al含量的增加,合金的断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变。合金的耐磨性与硬度呈正相关关系,Al_0、Al_(0.5)、Al_(1.0)的磨损机制为黏着磨损与磨粒磨损,Al_(1.5)合金则为磨粒磨损。     

纳米晶Cu-Al合金去合金化制备纳米多孔铜及其力学性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结技术(SPS)制备了纳米晶Cu-Al合金,进而通过去合金化法获得纳米多孔铜块体材料。研究了合金成分对纳米晶Cu-Al前驱体物相演变、去合金化处理获得的纳米多孔铜微观结构和力学性能的影响。结果表明,当合金中铜含量较低时,纳米晶Cu-Al前驱体由α-Al固溶体和Al_2Cu两相组成;随着铜含量的增加,前驱体中α-Al固溶体相逐渐减少,Al_2Cu相逐渐增加;当铜含量增加到32%时,纳米晶Cu-Al前驱体中仅有Al_2Cu单相。此外,随着铜含量的增加,纳米晶Cu-Al前驱体去合金化处理后,其纳米多孔铜微观结构由微米/纳米双级复合孔逐渐转变为孔径均匀的三维连通纳米孔,并且纳米多孔铜块材的压缩强度逐渐增大。     

Microstructure and mechanical properties of ultra-fine grained MoNbTaTiV refractory high-entropy alloy fabricated by spark plasma sintering

The MoNbTaTiV refractory high-entropy alloy(RHEA) with ultra-fine grains and homogeneous microstructure was successfully fabricated by mechanical alloying(MA) and spark plasma sintering(SPS).The microstructural evolutions,mechanical properties and strengthening mechanisms of the alloys were systematically investigated.The nanocrystalline mechanically alloyed powders with simple bodycentered cubic(BCC) phase were obtained after 40 h MA process.Afterward,the powders were sintered using SPS in the temperature range from 1500 ℃ to 1700 ℃.The bulk alloys were consisted of submicron scale BCC matrix and face-centered cubic(FCC) precipitation phases.The bulk alloy sintered at 1600℃ had an average grain size of 0.58 μm and an FCC precipitation phase of 0.18 μm,exhibiting outstanding micro-hardness of 542 HV,compressive yield strength of 2208 MPa,fracture strength of 3238 MPa and acceptable plastic strain of 24.9% at room temperature.The enhanced mechanical properties of the MoNbTaTiV RHEA fabricated by MA and SPS were mainly attributed to the grain boundary strengthening and the interstitial solid solution strengthening.It is expectable that the MA and SPS processes are the promising methods to synthesize ultra-fine grains and homogenous microstructural RHEA with excellent mechanical properties.     

Fabrication of Ti–Nb–Ag alloy via powder metallurgy for biomedical applications

Ti and some of its alloys are widely used as orthopedic implants. In the present study, Ti–26Nb–5Ag alloys were prepared by mechanical alloying followed by vacuum furnace sintering or spark plasma sintering (SPS). The microstructure and mechanical properties of the Ti–Nb–Ag alloys were investigated using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), compressive and micro-hardness tests. The effect of different sintering methods on the microstructure and properties of Ti–Nb–Ag alloy was discussed. The results showed that the titanium alloy sintered by vacuum furnace exhibited a microstructure consisting of α, β and a small amount of α″ martensite phase; whilst the SPS sintered alloy exhibited a microstructure consisting of α, β and a small amount of α″ martensite phase, as well as a nanostructured Ag homogeneously distributed at the boundaries of the β phases. The Ti–Nb–Ag alloy sintered by SPS possessed fracture strength nearly 3 times of the alloy sintered by vacuum furnace.     

机械合金化与放电等离子烧结制备Fe-Fe3Al材料

为开发新型金属材料,采用机械合金化与放电等离子烧结的方法制备Fe-Fe3Al合金.根据Fe-Al二元相图与研究经验,对成分及工艺进行优化设计.用X射线衍射仪(XRD)对成分进行了定性分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面与断口形貌,进行了能谱分析,并测试了致密度、显微硬度(HV)及抗弯强度、抗拉强度等力学性能.结果表明:对粉末进行预球磨,并在球磨前后对粉末进行搅拌混合处理,能更好地促使Fe与Al在高能球磨的过程中反应;经放电等离子烧结能够制备出Fe3Al/Fe两相材料,相对密度为99%以上,硬度为HV561,抗弯强度1426 MPa,抗拉强度640 MPa,力学性能优于文献报道的值.     

Phase,microstructure and properties evolution of fine-grained W–Mo–Ni–Fe alloy during spark plasma sintering

Fine-grained tungsten (W) heavy alloy containing molybdenum (Mo) with W particle sizes of less than 5 μm were fabricated by spark plasma sintering (SPS) pre-milling W–2Mo–7Ni–3Fe powder at a lower temperature of 1000–1250 °C. Phase, microstructure and mechanical properties evolution of W–Mo–Ni–Fe alloy during spark plasma sintering were studied in detail. As increasing sintering temperature, the hardness of the alloy decreased rapidly. However, bending strength of the alloy demonstrated a fall–rise–fall trend, and the maximum strength was obtained at 1150 °C. The W–2Mo–7Ni–3Fe alloy microstructure was composed of white W-grain, gray W-rich structure, black γ-(Ni, Fe, W, Mo) binding phase, and deep-gray W-rich structure. The intergranular fracture along the W/W grain boundary is the main fracture modes of W–2Mo–7Ni–3Fe alloy.     

金属间化合物的制备方法

金属间化合物高温下具有很多优异的性能,如高熔点、高硬度等,本文介绍了金属间化合物的几种制备方法,如机械合金化、自蔓延高温合成、放电等离子烧结、等离子表面重熔法等,总结了各方法的特点以及所存在的问题。     

放电等离子烧结制备块体非晶合金研究进展

非晶合金又称“金属玻璃”,是由于超快速冷却凝固导致无法有序排列结晶,从而得到的一种长程无序结构。这种非晶合金与存在晶界和位错的普通合金相比,具有更加优异的力学及物化性能。由于粉末状或条状非晶合金在尺寸和性能等方面的限制,因而大尺寸、优异力学性能及软磁性能卓越的块体非晶合金的制备受到了大量关注与探究。放电等离子烧结技术以温度低、效率高、时间短及冷却速率快等优点,被认为是一种具有广阔发展前景的制备方法。对Fe基、Zr基、Al基及Ti基本身的特点,以及通过放电等离子烧结技术制备不同体系块体非晶合金的物理及化学性能的研究进行了较为全面的综述。概述了放电等离子烧结技术的原理及在制备块体非晶合金方面的优势;分析了放电等离子烧结技术和制备的块体非晶合金材料存在的问题,以及采用该技术制备块体非晶合金的发展前景。重点介绍了在采用该制备不同体系的块体非晶合金时,如何通过改变放电等离子烧结参数,或通过再加工、本身粉末添加元素等方法获得大尺寸、优异性能的块体非晶合金。     

Excellent mechanical properties and large magnetocaloric effect of spark plasma sintered Ni-Mn-In-Co alloy

The Ni43.75Mn37.5In12.5Co6.25 alloy was obtained by using the spark plasma sintering (SPS) technique.The martensitic transformation,magnetic and mechanical properties of the SPS alloy were investigated.Key findings demonstrate that the martensitic transformation temperature of this alloy is about 10 K lower than that of the as-cast one.Both SPS and as-cast alloys show a 7 layered modulated martensite (7M) at room temperature.The compressive fracture strength and strain of the SPS alloy increase by 176.92％ and 33.33％ compared with the as-cast alloy,achieving 1440 MPa and 14％,respectively.The maximum magnetic entropy change △Sm is 17.1 J kg-1 K-1 for the SPS alloy at the magnetic field of 5 T.