Al0.1CoCrFeNi高熵合金/Cu爆炸焊接界面结构

高熵合金(high entropy alloys,HEA)是金属系统的一个新子集,具有复杂的成分. 使用爆炸焊接工艺将Al_0.1CoCrFeNi高熵合金/Cu进行了复合加工,通过扫描电子显微镜和硬度测试表征了爆炸焊接产生的微观结构演变的不均匀特性. 结果表明,爆炸焊接界面在纵向截面上呈现周期性的结构分布,而在横向截面上呈现出不规则的边界,从不同截面可以统计得到相似的波形参数. 通过界面区域的微观结构发现,界面附近具有沿着界面拉长的晶粒,旋涡区具有再结晶的等轴细晶;随着晶粒变形程度的增加,相应区域细晶的比例随之增加. 纳米压痕测试结果表明,界面沿着爆炸焊接方向呈现周期性起伏的硬度分布,且混合区的硬度值介于两侧的硬度之间.     

Al0.8CoCrFeNiTi0.2高熵合金铸态及退火态组织和性能研究

采用真空电弧熔炼法熔炼出Al0.8CoCrFeNiTi0.2高熵合金,并在600 ℃、800 ℃、1000 ℃下进行了真空退火热处理。利用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、电子探针（EPMA）、硬度计、万能试验机以及电化学工作站对合金铸态和不同温度退火态的微观组织结构、硬度、压缩机械性能和在3.5wt.%的NaCl溶液、0.5mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性进行了研究。组织分析表明退火处理使合金的相组成和组织形貌都发生了改变,铸态下合金由BCC和FCC两相固溶体组成, 600 ℃、800 ℃和1000 ℃退火态下合金由BCC、FCC和σ相三相组成,800 ℃退火态中σ相析出最多。随着退火过程的进行,铸态下的单相固溶体树枝晶转变为了细小层片状的两相混合组织。在800 ℃及以下温度范围,退火温度越高,混合组织越细小,成分均匀性越好。但1000℃退火态有大块状单相固溶体析出,导致元素偏析重新加剧。硬度试验和压缩试验结果表明合金在铸态和三种温度退火态下都有较高的硬度、屈服强度、断裂强度和塑性变形量,表现出了良好的综合机械性能和抗回火软化能力。800 ℃退火态的硬度、屈服强度和断裂强度最高,铸态的塑性最好。电化学腐蚀试验表明铸态和三种温度退火态下的合金在3.5% NaCl溶液和0.5mol/L H2SO4溶液中都表现出了良好的耐蚀性, 800 ℃退火态的耐蚀性最好。     

高熵合金L12纳米析出相的调控研究进展

高熵合金是一种由多种合金元素以等原子比或近等原子比组成的新型金属材料,其独特的原子结构和合金设计理念使高熵合金具有优异的性能。在高熵合金中通过引入韧性的L1₂纳米析出相阻碍位错运动,不仅可以提高强度还可以保证良好的拉伸塑性,这种L1₂析出相强化的高熵合金引起了广泛关注。对于L1₂相析出强化高熵合金而言,调控析出相的大小、形貌、分布及体积分数对改善析出强化高熵合金的力学性能至关重要。基于此,本文回顾了合金成分的选择和热机械处理工艺参数,如时效温度、时效时间、塑性变形等对L1₂相的影响规律,总结设计新型L1₂相强化高熵合金的方法,并对L1₂相析出强化高熵合金的研究进行了综述和展望。     

等原子比FeCrMnNi高熵合金的热变形行为

采用等温压缩实验,对FeCrNiMn等原子比高熵合金在900~1050 ℃和0.001~1 s^-1区间内的热变形行为进行了研究。结果表明,合金的初始组织主要由等轴面心立方晶粒和细小体心立方相颗粒构成。合金的流变曲线呈现典型的单峰形,随着温度的提高和应变速率的降低,峰值应力显著下降。基于双曲正弦方程建立了预测流变应力的本构模型,同时计算了合金的应力指数和表观变形激活能,分别为3.13和405 kJ/mol。基于动态材料模型建立了合金在不同应变量下的热加工图,发现所有热加工图中均未出现变形失稳区,说明合金具有优异的变形能力。通过与变形组织的对比发现,变形组织与能量耗散因子值密切相关。当能量耗散因子值为28%时,再结晶体积分数仅为17.6%;当能量耗散因子值为38%时,再结晶体积分数则提高至37.5%。通过热加工图确定了合金的2个最佳热变形参数区间：900~940 ℃/10^-3~10^-1.3 s^-1和960~1050 ℃/10^-3~10^-0.3 s^-1。     

铸态(Fe33Cr36Co15Ni15Ti1)96Al4高熵合金力学性能及腐蚀行为

利用经典高熵合金判据设计了一种非等摩尔比(Fe₃₃Cr₃₆Co₁₅Ni₁₅Ti₁)₉₆Al₄高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、万能力学试验机和电化学工作站对合金的晶体结构、微观组织、元素分布、力学性能(压缩和拉伸性能)及腐蚀性能进行了研究。结果表明,(Fe₃₃Cr₃₆Co₁₅Ni₁₅Ti₁)₉₆Al₄高熵合金为FCC+BCC双相结构,合金微观组织为枝晶组织,室温下合金抗压强度为743 MPa及超过50%的压缩应变,而拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为591 MPa、984 MPa和15.8%,其断裂机制为韧性断裂。合金表现出优于304SS的耐蚀性,点蚀电位为846 mV,约是304SS的三倍。     

退火对AlCuFeNiTiCrx高熵合金硬度的影响

采用铜模吸铸法制备AlCuFeNiTiCr_x(x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,并在1000℃下进行3 h退火处理。通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、维氏硬度计,分别测试了铸态和退火态AlCuFeNiTiCr_x(x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金的微观结构演变及维氏硬度值。发现铸态和退火态试样仅由简单的体心立方(BCC)和面心立方(FCC)固溶体相组成,而退火态试样中的FCC相与铸态试样中的FCC相相比有所增加。根据金相显微照片,两种状态下的高熵合金仅存在枝晶和晶间相,且退火后的显微组织变得更加均匀。两种状态下高熵合金的硬度均随Cr含量的增加而增加,且退火态试样的硬度值远大于铸态试样。     

FeCoCrNiZr x 高熵合金的磁性和电化学性能

采用真空电弧熔炼法制备了不同Zr含量的FeCoCrNiZr_x（x=0.5,0.75,1）高熵合金。研究了Zr含量对合金组织、磁性能和电化学腐蚀性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、振动样品磁力计和电化学工作站对合金的磁性能和电化学腐蚀能力进行了研究。结果表明：FeCoCrNiZr_x合金具有典型的共晶组织,由面心立方固溶体和C15 Laves相组成。随着Zr含量的增加,合金硬度呈先增大后减小的趋势。根据合成的静态滞回曲线可以看出,FeCoCrNiZr_0.5合金具有顺磁性和铁磁性的混合型特征,FeCoCrNiZr_0.75合金表现为顺磁性,FeCoCrNiZr₁合金表现为典型的铁磁性。同时,FeCoCrNiZr_x合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中经历活化与钝化转变。当合金中的Zr含量为0.75%（原子分数）时,合金极化电阻具有最大的阻抗电容半径,钝化膜的耐腐蚀能力最强。     

FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究进展

高熵合金的多主元特征,使其在变形过程中表现出多种变形机制的协同作用,因而表现出优异的性能。与传统合金相比较,对高熵合金中多种变形机制调控的可能性更大。研究发现,微结构及其演变将直接影响合金中的变形机制,通过“微结构-变形机制-性能”这一设计思路,在高熵合金中引入多变形机制并调控其激活顺序成为今后研究高熵合金的重点。本文对FeCoNiCrMn系高熵合金变形机制的研究现状进行了综述,总结了高熵合金中常见的几种变形机制,并对高熵合金中变形机制的研究进行了展望。     

Al0.1CoCrFeNi高熵合金/TA2钛复合板爆炸焊接试验及性能测试

高熵合金是一种新兴的多主元合金,具有作为结构材料的潜力,但对高熵合金焊接工艺的研究还很有限. 通过爆炸焊接实现了Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛的复合连接,并研究了Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板的微观结构和力学性能. 结果表明,Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板具有不连续熔化区的波状结合界面,熔化区中呈现多元素混合状态,并且具有较均匀的元素分布. 熔化区的硬度大于界面附近的硬度,并且硬度随着离界面距离的增加逐渐降低,但仍高于原始材料. 相对于焊接前的Al_0.1CoCrFeNi高熵合金的强度(398 MPa),爆炸焊接后的Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板强度明显提高(567 MPa),但断后伸长率降低. 说明爆炸焊接可以有效的将Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛相结合,而形成的复合板具有良好的力学性能.     

D022相强化型Ni2CoCrFeNb0.15高熵合金的变形机理

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0₂₂相强化型Ni₂CoCrFeNb_0.15高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明：位错的平面滑移主导了该合金的单轴拉伸变形,D0₂₂超点阵相是促进位错平面滑移的主要因素。因位错的平面滑移模式产生的平面滑移带随着应变量的增加,其密度随之增加,平均间距随之减小。变形过程中先形成{001}织构,然后{111}织构增强,最终获得典型的{001}和{111}拉伸织构。当合金在单独拉伸变形过程中达到最大应力时,晶界处萌生裂纹并扩展为断裂主裂纹,导致塑性变形失稳。     

Crystal structures and hydrogenation behavior of （Ca0.9Sr0.08（Al1-xZnx）3 alloys

The crystal structures and hydrogenation behavior of the （Ca0.9Sr0.1）8（Al1-xZnx）3 （x = 0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4） alloys were investigated. The new phase （Ca,Sr）E（Al,Zn） was found whenx 〉 0.1. （Ca, Sr）E（Al,Zn） crystallizes in space group 14/mmm （A-139）. The lattice parameters were calculated to be a = b = 1.1616（2） nm, c = 1.6422（4） nm. Zn atoms occupy the 8h and 16n sites together with Al atoms. The （Ca0.9Sr0.1）8Al3 alloy only contains a single Ca8Al3 phase. The （Ca0.9Sr0.1）8（Al1-xZnx）3 alloys consist of Ca8Al3, CasZn3, Ca and （Ca,Sr）2（Al,Zn） phases when x is from 0.1 to 0.3. As x increasing to 0.4, the alloy consists of （Ca,Sr）E（Al,Zn）, Ca8Zn3 and Ca. The hydrogenated （Ca0.9Sr0.1）8Al3 and （Ca0.9Sr0.1）8（Al0.9Zn0.1）3 samples consist of CartE and Al. The （Ca0.9Sr0.1）8（Al1-xZnx）3 （x = 0.2, 0.3 and 0.4） samples can be hydrogenated into CaH2, Al and CaZnl3 under a hydrogen pressure of 5 MPa at 473 K.     

Al0.1CoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学研究

通过分子动力学方法研究了Al_0.1CoCrFeNi单晶高熵合金在室温（300 K）下沿轴向拉伸后的组织和力学性能变化。通过改变模拟应变速率和温度,分析了单晶高熵合金的拉伸性能;通过模拟室温拉伸实验,研究了含表面小裂纹单晶的显微组织和抗拉伸性能。结果表明,当应变速率在一定范围内时,抗拉伸强度随应变速率增大而增大;当应变速率为10¹⁰ s^-1时,杨氏模量和抗拉伸强度随温度降低而增大。表面有贯穿小裂纹的单晶高熵合金在拉伸一段时间后出现颈缩现象,随着大量滑移位错的快速发展,裂纹尖端出现应力集中,导致快速断裂。     

Al25Nb20Ti30Zr25低密度高熵合金的组织和性能

通过Thermo-Calc软件计算、微观组织多尺度表征以及热模拟试验等研究了Al₂₅Nb₂₀Ti₃₀Zr₂₅合金的组织结构、高温组织稳定性和热加工性能。结果表明,Al₂₅Nb₂₀Ti₃₀Zr₂₅合金的铸锭组织主要由BCC基体相和Zr₅Al₃析出相组成,Zr₅Al₃相在BCC晶界连续析出,晶粒内部的Zr₅Al₃相呈块状分布,平均尺寸在750 nm左右;合金在750~1000 ℃保温24 h后,基体中的晶粒尺寸并未发生明显变化;随着温度的增加,Zr₅Al₃相含量小幅度降低,合金的高温组织稳定性较好。建立了合金的本构方程为$\dot{ε}$=4.5×10¹⁴×[sinh(0.0063σ_p)]^2.8exp(-419/RT),并绘制了合金的能量耗散系数图;在1050 ℃/1 s^-1变形条件下,能量耗散系数达到峰值0.69,在该变形条件下等温锻造出尺寸为$\phi$ 180 mm×20 mm完整无开裂的圆形块体材料。锻造消除了原始晶界处连续分布的Zr₅Al₃相,使其分解成短杆状均匀分布于合金基体中,BCC基体组织发生了动态回复和部分再结晶。     

WC和Al2O3对氩弧熔覆FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层组织和耐冲蚀性能影响

利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi0.4,WC/Al2O3-FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层,并通过XRD,SEM,EDS,硬度测试和冲蚀磨损测试等方法,探究了WC和Al2O3的添加对FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层显微组织和性能的影响.结果表明,通过氩弧熔覆技术所制备的合金涂层表面成形性良好,无孔洞、裂纹等缺陷产生,与基体呈高强度冶金结合.WC和Al2O3的添加对涂层稀释率的降低有显著作用.三种涂层都是主要由Bcc相(Fe-Cr固溶体)构成,晶粒以胞状树枝晶形式存在.添加WC后,晶粒细化明显,在各种强化作用下涂层硬度为685.8HV.且WC和Al2O3的添加显著提高了涂层耐冲蚀磨损性能,耐磨性几乎可以达到FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层的2倍.     

On the constitution of Al4(Cr,Fe)

Using metallographic, diffraction and thermal analysis examinations the base centered orthorhombic Al₄(Cr,Fe) phase reported by Sui et al. (Philos Mag Lett 1995;71:139) was found to be a ternary extension of the Al–Cr η-phase. The constitution of the Al–Cr–Fe alloy system was specified in a compositional region close to this phase.     

Kinetics and thermodynamics of hydrogen absorption in the Zr(Al0.1Fe0.9)2 intermetallic compound

Thermodynamic and kinetic characteristics of hydrogen absorption in Zr(Al_0.1Fe_0.9)₂ were investigated at pressures up to 80 atm of H₂ and temperatures between 248 K and 270 K. The heat and entropy of formation of the Zr(Al_0.1Fe_0.9)₂ hydride are estimated to be −24.7 kJ/(mole H₂) and −120 J/(K^*mole H₂), respectively. Small, well-defined samples were utilized for the kinetic research. The experimental kinetic data fit a shrinking core (sc) model, in accord with a visual examination of partly hydrided samples. The pressure dependence of the rate constants indicates an interface-controlled phase transition as the hydride formation rate-determining step. The activation energy for the hydriding process is estimated from Arrhenius plots of the reaction rates to be 0.30 eV/H atom. The kinetic data are discussed in view of similar results for additional intermetallic compounds.     

Development of moderate temperature CVD Al2O3 coatings

Chemically vapor deposited Al₂O₃ coatings, due to their high hardness and chemical inertness, are currently the state of art in the cutting tool industry. The conventional high deposition temperature of about 1050 °C for Al₂O₃ coatings, based on the water–gas shift process, has to a great extend restricted the development of several hybrid coatings, such as TiC/TiN/TiCN/Al₂O₃. To overcome this limitation, alternate systems to deposit Al₂O₃ at moderate temperatures have been investigated. Systems using NO–H₂, H₂O₂, NO₂–H₂ and HCOOH were identified and thermodynamic calculations were performed to evaluate them as potential sources of oxygen donors to form Al₂O₃ in the moderate temperature range of 700–950 °C. Preliminary results have clearly demonstrated that it is possible to grow moderate temperature alumina (using such alternate sources) on the TiC/TiN coated cemented carbide substrates.     

Direct active soldering of Al0.3CrFe1.5MnNi0.5 high entropy alloy to 6061-Al using Sn-Ag-Ti active solder

Al_0.3CrFe_1.5MnNi_0.5 high entropy alloys (HEA) have special properties. The microstructures and shear strengths of HEA/HEA and HEA/6061-Al joints were determined after direct active soldering (DAS) in air with Sn3.5Ag4Ti active filler at 250 °C for 60 s. The results showed that the diffusion of all alloying elements of the HEA alloy was sluggish in the joint area. The joint strengths of HEA/HEA and HEA/6061-Al samples, as analyzed by shear testing, were (14.20±1.63) and (15.70±1.35) MPa, respectively. Observation of the fracture section showed that the HEA/6061-Al soldered joints presented obvious semi-brittle fracture characteristics.     

草酸钛钾在铝合金微弧氧化过程中的着色机制

在六偏磷酸钠电解液体系中添加草酸钛钾,利用微弧氧化技术,在铝合金表面制备有色陶瓷层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及光电子能谱仪(XPS)等,对不同草酸钛钾添加量制备的铝合金微弧氧化陶瓷层截面元素分布及物相组成进行测试并分析,进而探讨草酸钛钾在铝合金微弧氧化过程中的着色机制。结果表明:脉数500,脉宽80μs,电流密度5A/dm2,微弧氧化15min,草酸钛钾浓度6g/L时,陶瓷层外观质量较好,呈现蓝色;蓝色陶瓷层主要元素Al、O、Ti均匀分布于陶瓷层中,陶瓷层呈现蓝色主要是由Al2O3和TiO2共同作用的结果。