退火温度对FeMoCrVTiSix高熵合金组织及力学性能的影响

在400、600、800、1100 ℃下对FeMoCrVTiSi_x(x=0、0.3)进行退火处理,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热扫描分析仪、显微硬度计、万能试验机等探究了不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响。结果表明,Si元素的添加提高了FeMoCrVTi高熵合金的热稳定性。经过退火处理,FeMoCrVTiSi_x高熵合金的微观组织仍为以BCC固溶相为主的枝晶结构,但在枝晶边缘出现黑色的细小富Ti相,其含量随着退火温度的增加而增多,在1100 ℃下富Ti相回溶。富Ti相的析出提高了合金的硬度,其中,800 ℃退火后试样的硬度达到最大值,FeMoCrVTi试样的硬度达到932 HV0.2,FeMoCrVTiSi_0.3的硬度达到998 HV0.2。     

退火处理对CoFeNiVTi高熵合金组织和性能的影响

采用真空电弧炉熔炼和铜模吸铸法制备了CoFeNiVTi高熵合金柱状试样，并对其在氩气保护条件下进行了800℃退火20 h的处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和压缩实验等研究了铸态和退火态CoFeNiVTi合金的显微组织和力学性能。结果表明：铸态合金为单相BCC固溶体结构，显微组织呈现典型的柱状晶特征，合金元素均匀分布；退火态合金由BCC基体和金属间化合物Ni₂V₃型的σ析出相构成，σ析出相具有明显的取向特征，呈粗大板条状和细小针状。与铸态合金相比，由于σ析出相的存在，退火后合金的断裂强度有所下降，但仍高达2.5 GPa,硬度则显著提高至800 HV0.2。     

高温退火对AlCrFeNiTi高熵合金组织和性能的影响

采用非自耗真空电弧熔炼技术制备了 AlCrFeNiTi高熵合金,并对其进行了高温退火处理.通过X射线衍射仪、扫描电镜以及往复式电化学腐蚀摩擦磨损测试仪研究了铸态及高温退火后AlCrFeNiTi高熵合金组织结构和性能.结果表明:合金经过高温退火之后,物相组成并没有发生明显变化.退火后的合金晶间区域减小,"上坡扩散"的存在导致合金成分偏析现象仍然存在.同时,高温退火导致合金的硬度从434.16 HV下降到408.00 HV,摩擦系数从0.7420下降到0.3635,体积磨损量从9.7231 mm3增加到16.9675 mm3.上述性能上的变化与合金内部的成分偏析和组织结构的转变有密切关系.     

形变+退火对内燃机用FeCoCrNiBx高熵合金组织演变的影响

为了提高非等原子比高熵合金(Fe50Ni30Co10Cr10)的力学性能,在该合金中加入B元素作为间隙增强原子,对其进行变形处理与退火后,实现了对该合金显微组织的精确调控,并分析了经过不同时间与温度退火处理后该合金发生的再结晶转变过程。研究结果表明:FeCoCrNi高熵合金在添加B元素后会引起σ相温度发生小幅下降,随着温度逐渐下降,在574℃时生成了Cr_5B_3相。铸态试样内含有fcc基体相与Cr_5B_3第二相两种物相结构。在变形量较小状态下,晶粒外形主要以树枝晶形态为主,晶内组织发生了滑移,形成了明显的台阶外形;变形量达到50%后,晶粒明显拉长,形成了扭折带变形组织,树枝晶结构已逐步转变为扁平状组织;随着变形量增加,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒明显细化。当退火时间达到30 min时,形成的晶粒尺寸与退火时间为10 min的晶粒尺寸存在明显差异,并未出现晶粒长大的情况,等轴晶内也同样形成了大量的hcp板条组织。     

退火对冷轧Al0.2CoCrFe2Ni高熵合金组织和力学性能的影响

研究了不同温度退火对80%冷轧Al_0.2CoCrFe₂Ni高熵合金显微组织和力学性能的影响。使用X射线衍射仪(XRD) 、电子背散射衍射仪(EBSD)、微控电子万能试验机分别对合金进行了晶体结构、织构类型和力学性能的表征。结果表明,合金在铸态、轧制态以及退火态都表现为稳定FCC晶体结构。合金铸态下呈现典型的树枝晶组织,经80% 轧制后出现了明显的轧制变形带,在随后的退火过程中发生再结晶,其再结晶晶粒体积分数及其晶粒尺寸随着退火温度的升高而增加。合金经过80%轧制后主要表现为(111)<112>织构,其织构强度随着退火温度的升高而降低。80%轧制使Al_0.2CoCrFe₂Ni合金获得较大的抗拉强度(1005 MPa)和较低的塑性(10%), 随着退火温度的提高,合金的强度降低塑性增强,并在700 ℃退火时合金获得最佳的综合力学性能,该过程主要取决于合金中的位错密度、再结晶体积分数和晶粒尺寸及其再结晶织构的演变。     

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。     

冷轧退火对FeMnCoCrAl高熵合金组织和力学性能的影响

使用真空电弧炉熔炼出(Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀)₉₄Al₆合金,利用冷轧及在不同温度对合金进行退火,以期望得到由多尺度再结晶晶粒构成的层状结构;并对不同退火温度的样品进行拉伸性能测试。利用扫描电镜和EBSD对合金组织形貌进行表征,采用X射线衍射方法研究其相组成。结果表明:合金在铸态和冷轧后相组成未发生变化,700 ℃退火得到较好的多尺度再结晶晶粒的层状结构,其屈服强度为487 MPa,抗拉强度为708 MPa,断后伸长率为39%,表现出良好的综合力学性能。     

轻质MgAlSnZnCu高熵合金的微观组织和力学性能

为了提高阻隔层的稳定性,研究采用电磁感应加热方法,在覆盖剂和氩气保护作用下制备MgAlSnZnCu系列轻质高熵合金。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)对合金的铸造组织、退火组织和物相进行了表征和分析,同时采用显微硬度测试方法对其硬度进行了研究。结果表明,铸态MgAlSnZnCu合金组织由(AlMgZnCu)-FCC相和Mg₂Sn相组成,Mg₂Sn相的形态为2~6 μm粒状和不规则块状。Mg的含量由22%降低到12%,其合金的硬度由277 HV0.2增加到326 HV0.2,抗压强度由223 MPa增加到237 MPa。Sn和Zn含量降低后组织中出现了针状和片状的杂质相,且硬度值分散度较大,在450 ℃保温6 h的退火工艺条件下,组织中的杂质相出现明显的积聚长大的趋势。力学性能测试显示退火对抗压强度和硬度的影响不大,MgAlSnZnCu系列合金在450 ℃的条件下能保持较好的热稳定性。     

热处理温度对AlxCoCrFeNi系高熵合金组织和硬度的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪及硬度计分析了Al_xCoCrFeNi系(x=0. 25、0. 55、0. 75及1. 25)高熵合金在不同温度(800、1 000及1 200℃)退火后的组织及硬度演变规律。结果表明:随着Al元素含量的增加,Al_xCoCrFeNi高熵合金的显微组织由FCC单相逐渐转变为FCC+BCC双相和BCC单相,其硬度也逐渐升高; Al_(0. 25)CoCrFeNi合金的组织热稳定性较好; 800和1 000℃退火对Al_(0. 55)CoCrFeNi和Al_(0. 75)CoCrFeNi合金的组织影响较小,硬度也未发生明显变化; 1 200℃退火后,合金组织粗化,硬度下降;退火温度对BCC结构的Al_(1. 25)CoCrFeNi高熵合金的组织和性能有重要影响,800℃退火时有σ相生成; 1 000℃退火,σ相含量减少,1 200℃退火,σ相再次形成,因此对应的合金硬度先升高后降低再升高。     

TiZrHfNbSc难熔高熵合金组织和力学性能研究

利用真空电弧熔炼设备制备了新型TiZrHfNbSc难熔高熵合金,利用XRD、SEM、DSC等方法分析了合金的显微组织,利用显微硬度计、微控电子万能试验机测定了合金的硬度及力学性能。研究结果表明：TiZrHfNbSc难熔高熵合金为单一无序的BCC固溶体结构,晶格常数a=3.443?,合金密度约为7.16g/cm_³;合金的维氏显微硬度约380,屈服强度σ_0.2=650MPa,压缩变形率达到60%以上,合金的强化机制为固溶强化。     

退火对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 通过对激光熔覆CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层进行退火处理,使涂层性能得到进一步提高。方法 采用RFL–C1000光纤激光器在45钢表面制备CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层,通过SXL–1200管式电阻炉在不同温度下(600、800、1 000 ℃)对高熵合金涂层进行退火处理,保温时间为2 h,冷却方式为随炉冷却。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等对熔覆层的微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析和测试。结果 CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层由FCC相和μ相(Fe7W6)组成,经过不同温度退火处理后,涂层未析出新的相,μ相衍射峰强度呈先减小后增大的趋势;涂层组织经高温退火(800 ℃、1 000 ℃,2 h)后发生了明显的改变,经800 ℃/2 h退火处理后,枝晶间析出了大量μ相沉淀,经1 000 ℃/2 h退火处理后晶界开始出现断裂分解,晶粒内部和晶界部位析出了大量的富W颗粒相(μ 相)。经1 000 ℃/2 h退火处理后,熔覆层具有较高的平均显微硬度,为475.68HV0.3,相较于未经退火处理的熔覆层,其硬度提高了约45%;经600 ℃/2 h退火处理后,涂层的平均摩擦因数最低,约为0.226,磨损量最小,与未经退火处理的涂层相比,其磨损量降低了约28%。退火温度的升高并未使磨损机制发生明显改变,主要为磨粒磨损。结论 高温退火处理可以促进μ相的生成;经退火后,CoCrFeNiW0.6高熵合金涂层的硬度得到显著提高,改善了涂层的摩擦磨损性能,强化机制为固溶强化和第二相强化。     

硼对AlFeCoNi高熵合金组织和高温氧化性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)高熵合金,并对其微观组织和高温氧化行为进行了研究。结果表明:随B含量的增加,AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金组织从单一的B2结构转变为B2结构+(fcc_1+fcc_2)共晶组织。AlFeCoNiB_x(x=0.00, 0.15, 0.20)合金于900℃高温氧化后,随B含量的增加,合金外层CoFe_2O_4氧化物的厚度增加较快,而内层Al2O3氧化物的厚度基本不变,但当B含量超过0.15%(原子分数)时,氧化膜连续性变差。当B含量为0.15%时,AlFeCoNiB_(0.15)高熵合金的氧化增重最小,氧化膜与合金基体结合良好,抗氧化性最优。     

四元高熵碳化物陶瓷的组织和性能研究

以金属氧化物与碳粉作原料,经高能球磨后,采用1850℃放电等离子烧结烧结工艺制备了3种成分的四元高熵碳化物陶瓷(Ti0.25,Nb0.25,Ta0.25,Mo0.25)C、(Ti0.25,Nb0.25,Ta0.25,W0.25)C和(Ti0.25,Nb0.25,Ta0.25,V0.25)C。采用扫描电镜、X射线衍射仪及万能材料试验机等研究了碳化物陶瓷的显微组织、硬度和力学性能。结果表明:3种碳化物陶瓷均为单相FCC结构;含钼陶瓷的晶粒最为细小,气孔也最少;3种陶瓷的实际硬度与采用复合定律计算的理论硬度相一致,即(Ti,Nb,Ta,V)C的硬度最高,(Ti,Nb,Ta,W)C次之,(Ti,Nb,Ta,Mo)C最低。此外,由于其组织未完全致密化且成分不均匀,3种碳化物陶瓷的抗弯强度均低于预期值,有待采取降低烧结升温速率、提高烧结温度等措施来解决这些问题,从而改善陶瓷性能。3种碳化物陶瓷中(Ti,Nb,Ta,W)C陶瓷的综合性能最佳。     

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。     

不同载荷对HVOF 喷涂AlCoCrFeNi 高熵合金涂层摩擦学性能的影响

目的 提高深地钻探钻具关键零部件的抗磨性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪对高熵合金粉末和涂层的相组成进行研究,采用扫描电子显微镜对高熵合金粉末及涂层的微观结构进行分析,使用维氏显微硬度计测得涂层的显微硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷下的磨损行为进行研究。采用SEM和EDS对磨痕表面进行分析,采用XPS技术分析磨痕元素成分,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨损体积和表面粗糙度。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层结构致密,相结构为BCC相,显微硬度达(536±34)HV0.2,约为35CrMo钢基体[(278±20)HV0.2]的2倍。随着载荷的增加,涂层的摩擦系数减小、磨损率增大。相同载荷下(6 N),涂层的磨损率约为基体的41%。HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层的磨损失效机制为,低载荷下(2 N)主要为氧化磨损伴随着轻微的磨粒磨损;高载荷下(4、6 N)受到反复剪切应力出现疲劳磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有良好的抗磨性能,可以有效减轻磨损,有望应用于深地钻探钻具关键零部件的表面防护。     

TaWTiVCr高熵合金薄膜的制备及微观结构、力学性能研究

目的使用磁控溅射设备进行共沉积,制备不同元素组成的TaWTiVCr高熵合金薄膜,并对薄膜力学性能进行表征,为该体系高熵合金最佳元素组成的筛选提供依据。方法在共沉积中,通过对TaW和TiVCr两组中间合金靶的沉积电流进行调整,实现薄膜元素组成的调整。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和原子力显微镜(AFM),研究了不同元素组成下薄膜的表面形貌、粗糙度、元素组成及相结构的变化。使用纳米压痕法分析了材料的硬度和模量,通过往复磨损实验分析了材料的耐磨性,使用共聚焦显微镜(CLSM)计算磨损体积,同时将力学性能的实验数据以及热力学计算的结果相结合进行分析。结果随Ti、V、Cr含量的增加,薄膜结晶性能变差,由BCC晶体结构向BCC+非晶态混合结构转变,表面形貌由褶皱状形貌转变为凹坑状形貌,并伴有微小团聚颗粒形成。硬度和模量先升高,随后下降,其中Ta_(24)W_(25)Ti_(16)V_(18)Cr_(17)薄膜在多种强化机制的作用下,表现出最好的力学性能,硬度和模量分别达到27.61 GPa和274.42 GPa。同时受较高的硬度和特殊表面形貌特征影响,薄膜表现出较低的平均摩擦系数和磨损率,分别为0.34和5.01×10~(-9) mm~3/(N·mm),具备优异的耐磨性能。结论通过共沉积法制备高熵合金薄膜并进行表征,可以快速筛选出TaWTiVCr高熵合金的最佳元素组成,在特定的元素组成下,形成BBC和非晶态混合结构有助于提高材料的力学性能。     

机械合金化制备高熵合金研究进展

高熵合金作为一种新型合金逐渐被人们所关注,机械合金化是一种制备先进材料的固态加工工艺,利用机械合金化制备高熵合金也为高熵合金的发展及应用开拓了广阔的领域。本文介绍了高熵合金的简单概念,并从机械合金化中的元素选择、高熵合金粉末的后处理工艺及机械合金化制备高熵合金的研究方向三个方面综述了其研究进展。     

熔覆电流对FeCoCrNiMn高熵合金涂层组织与性能的影响

目的 研究等离子熔覆电流对FeCoCrNiMn高熵合金涂层组织与性能的影响。方法 采用等离子堆焊工艺在65Mn钢基体上制备等摩尔比的FeCoCrNiMn高熵合金涂层。通过观察涂层的宏观表面特征来判断等离子熔覆技术制作高熵合金涂层的宏观效果。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）以及X射线衍射技术（XRD）观察涂层显微组织,并分析涂层的成分和相组成。采用维氏硬度显微测试计测量合金涂层的表面硬度和基体至涂层的层深硬度。结果 等离子熔覆技术制备的合金涂层无裂纹,涂层平均厚度达到2 mm。涂层元素与熔覆粉末元素比例一致,除去部分Fe元素由基体进入涂层之外,涂层依旧为单相FCC固溶体结构,组织形态为枝晶。涂层与基体结合处可以观察到明显的柱状晶区和热影响区（HAZ）。随着电流的增大,枝晶组织逐渐变粗,而FeCoCrNiMn高熵合金涂层的表面硬度逐渐减小,在190 A处,硬度发生突变达到最大值366.3HV,170 A处为最小值258.78HV。沿层深方向,涂层硬度变化不大,热影响区内由上到下,硬度先增大后减小。结论 等离子熔覆技术制备高熵合金涂层有明显的优势,且具有制作大面积表面涂层的潜力,涂层厚度可以达到毫米级。电流大小改变,FCC相组成没有发生改变,而组织结构发生改变,随着电流变大,枝晶组织变粗,涂层硬度逐渐下降。     

退火对等离子熔覆FeCoCrNiAl高熵合金涂层组织与耐磨性的影响

目的 通过退火来提高等离子熔覆FeCoCrNiAl高熵合金涂层的耐磨性。方法 通过等离子熔覆技术在45号钢基体上制备了FeCoCrNiAl高熵合金涂层,并分别在500、800、1200℃温度下退火2 h。退火前后的涂层由XRD、能谱仪、扫描电镜、三维形貌仪、摩擦磨损试验机、硬度仪对其组织形貌及力学性能进行测试与表征。结果 退火前的FeCoCrNiAl熔覆涂层由BCC相和大量非稳态FCC相构成。经500℃退火后,涂层形成了单一BCC相;经800℃退火后,涂层中的BCC相开始转变并析出均匀分布的FCC相。以上两个涂层的硬度均处于较高水平,但受FCC相的影响,经400℃摩擦磨损30 min后,800℃退火后的涂层的耐磨性开始降低。而1200℃退火后,涂层中析出了大量棒状和不规则形状的富Fe-Cr相,导致其硬度和耐磨性显著降低,涂层的磨损更严重。结论 未退火的涂层和经500℃退火后的涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,经800℃退火后的涂层属于磨粒磨损和粘着磨损机制,而1200℃退火后的涂层主要是疲劳磨损、磨粒磨损和粘着磨损。     

Effects of Chromium on the Microstructures and Mechanical Properties of AlCoCrxFeNi2.1 Eutectic High Entropy Alloys

In the present study,a series of AlCoCrxFeNi2.1 (x=0,0.25,0.5,0.75,1.0) eutectic high entropy alloys (EHEAs) have been designed and prepared.And the effect of Cr content on the microstructures and mechanical properties of the AlCoCrxFeNi2.1 alloys was systematically investigated.The results indicate that the AlCoCrxFeNi2.1 (x ＞ 0) alloys exhibit almost complete lamellar eutectic microstructures with a mixture structure of FCC and B2 phases.And the AlCoFeNi2.1 alloy without Cr element exhibited a hypoeutectic microstructure with a primary B2 phase.In addition,the eutectic microstructures for AlCoCrxFeNi2.1 eutectic alloys do not change significantly.The room temperature compressive tests results show that with an increase in Cr content (from x =0 to x =1.0),the yield strength will first decrease,and thereafter increase.The trend is the opposite with the fracture strength and plastic strain.They show an increase trend at first,and then decrease.The AlCoCr0.5FeNi2.1 (Cr0.5) alloy shows the best comprehensive mechanical properties.The tensile yield strength,fracture strength,and elongation are 536.5 MPa,1062 MPa,and 13.8％,respectively.Furthermore,the Cr0.5 alloy also displays a high strength with a yield strength of 362 MPa at 700 ℃.In summary,by changing the Cr content,AlCoCrxFeNi2.1 eutectic high entropy alloys with excellent comprehensive mechanical properties were obtained and prepared.