激光熔覆纳米TiC增强AlCoCrFeNi高熵合金磨损及腐蚀性能研究

采用激光熔覆技术在 304 不锈钢表层制备了纳米 TiC 增强 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪等设备系统研究了涂层的组织形貌、相结构及元素分布;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、超景深显微镜和电化学工作站等设备表征了涂层的硬度分布、磨损特性及耐腐蚀性能。结果表明,类球形纳米级 TiC 与棒状微米级 TiC 沉淀相均匀分布在涂层 bcc（B2）相基体中。添加 TiC 增强相后,AlCoCrFeNi 高熵合金涂层的硬度比未添加 TiC 涂层的硬度提升了 15%;表层磨损率及磨损后表面单位面积粗糙度（Sa）分别较 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层降低了 42% 和 18%,涂层中 TiC 增强相的弥散强化作用是涂层硬度、耐磨性提升的主要原因。添加 TiC 的 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层较未添加 TiC 涂层的自腐蚀电流降低了约1个数量级,TiC 增强相使涂层表面形成致密的钝化膜是其耐蚀性能好的主要原因。     

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。     

Si对AlCoCrFeNi高熵合金热腐蚀行为的影响研究

采用真空电弧熔炼法制备了AlCoCrFeNiSix（x=0, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0）高熵合金,利用75% Na2SO4 + 25% NaCl（质量分数）热盐涂覆的方法,对比研究了Si的添加及其含量对等摩尔比AlCoCrFeNi高熵合金在950℃下热腐蚀行为的影响。结果表明：经100h热腐蚀后,由于发生Al的选择性氧化,合金表层相组成由BCC转变为FCC。适量Si的添加,会促使合金表面快速生成单一Al2O3膜,提高合金的热腐蚀抗力。但随着Si含量的增加,合金表面生成了由Al2O3和富Cr-Fe-Co-Si的尖晶石氧化物组成的混合氧化产物,且在氧化膜生长应力和腐蚀性介质（氧化-硫化-氯化）的协同作用下,组织疏松易脱落,合金发生严重的内氧化和内硫化。     

退火对AlCoCrFeMnTi高熵合金相组成与显微形貌的影响

为了研究退火温度对AlCoCrFeMnTi高熵合金的物相结构、显微组织及硬度的影响,分别采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对不同退火温度下AlCoCrFeMnTi合金进行了测试。结果表明:铸态AlCoCrFeMnTi高熵合金物相结构是由bcc主相和fcc相双相组成,且其各相衍射峰普遍较宽,这是由于原子半径差较大和冷却速度快引起的晶格畸变所致。600 ℃退火后,合金中形成了新的hcp相,当退火温度为800 ℃和1000 ℃时,合金衍射峰的峰形并未再发生显著变化。铸态和退火后的AlCoCrFeMnTi合金均为典型的树枝晶结构,1000 ℃退火后的扫描电镜照片中发现了典型的调幅分解组织。合金硬度值在铸态最大,达到了750 HV0.5,随着退火温度升高硬度逐步降低。在经过1000 ℃退火后,一方面由于合金中出现调幅分解组织,使得过饱和的原子大量析出,降低了晶格畸变程度,导致硬度下降;另一方面,由于退火温度的升高,加速了原子的扩散能力,降低了合金内部的内应力,此时合金硬度下降到604.9 HV0.5。     

选区激光熔化制备AlCoCrFeNi高熵合金的成形性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了激光工艺参数对成形性、致密度、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,随体能量密度的增加,致密度逐渐增加,最佳的SLM参数为激光功率50 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距70 μm,层厚30 μm。铸态和SLM态合金是由无序BCC相(A2)和有序BCC相(B2)组成的双相体心立方结构,由于细晶强化作用,选区激光熔化试样具有比铸态试样更高的显微硬度,但是压缩屈服强度降低,原因是选区激光熔化合金中存在裂纹、孔洞等缺陷。     

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。     

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。     

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。     

La添加对FeMnCrNiCo高熵合金铸态组织及硬度的影响

研究了La的添加对FeMnCrNiCo高熵合金(HEAs)铸态组织及硬度的影响,借助XRD、OM、EDS和维氏硬度计分别对FeMnCrNiCo和FeMnCrNiCoLa0.2高熵合金的微观组织及硬度进行了对比分析.研究表明:添加La后,合金的枝晶细化了49.1％,同时由fcc单相固溶体结构变为fcc相和LaNi相的两相...     

HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损性能研究

目的 提高钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的耐腐蚀和磨损性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）制备Al CoCrFeNi高熵合金涂层。使用电化学工作站对涂层和35CrMo钢基体（常用的钻具材料）进行电化学测试,电化学测试包括动电位极化曲线测试和电化学阻抗谱（EIS）测试。采用摩擦磨损试验机对涂层在模拟海水钻井液中不同载荷和不同滑动速度下的磨损行为进行研究。采用扫描电子显微镜及X射线能谱仪对磨痕表面微观形貌及成分进行分析,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨痕三维形貌及磨损体积。结果 HVOF喷涂Al Co Cr Fe Ni高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的耐腐蚀性优于35CrMo钢基体,可以起到有效的腐蚀防护作用。相同条件下,Al CoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨性优于35CrMo钢基体。在滑动摩擦磨损过程中,随着载荷及滑动速度的增大,涂层的平均摩擦系数和磨损率均增大,且涂层的磨粒磨损程度加重。当载荷为6 N时,涂层发生疲劳磨损;当滑动速度为0.15 m/s时,涂层出现粘着磨损。模拟海水钻井液对涂层磨损性能的影响可以分为2个方面。一方面可以起到润滑作用,模拟海水钻井液显著改...     

化学沉积 Ni-Mo-P 和 Ni-P 镀层退火晶化组织及耐蚀性

目的研究化学沉积Ni-4.11%Mo-6.50%P和Ni-9.19%P合金镀层退火晶化转变特征,通过定量表征镀层的晶化程度、晶粒尺寸及结晶相的质量分数,建立显微组织与耐蚀性的关联。方法采用XRD衍射技术和Jade软件分析,定量表征镀层的晶化组织特征,由SEM/EDS测试确定镀层的成分及表面形貌,通过浸泡腐蚀实验及金相显微观察,对比两种镀层的耐蚀性。结果 Ni-Mo-P镀层在低于400℃退火时,只有Ni相结晶;在≥400℃退火时,发生Ni3P晶化反应,同时伴有Ni-Mo固溶体的形成,600℃时的晶化程度为88.13%。相比之下,Ni-P镀层中Ni3P相开始析出的温度降至300℃,600℃时的晶化程度达到91%。在相同温度进行热处理时,Ni-Mo-P镀层晶粒尺寸小于Ni-P镀层。在发生Ni3P晶化反应的温度下,两种镀层中Ni3P的晶粒尺寸总是大于Ni相。在0.5 mol/L的H2SO4中,对于Ni-Mo-P镀层,除300℃外,其他温度下的热处理均能显著改善其耐蚀性;而对于Ni-P镀层,镀态下具有最好的耐蚀性能。在10%的HCl溶液中,退火温度为600℃时,Ni-Mo-P镀层的耐点蚀性能更好;而Ni-P合金则相反,镀态及低温200℃退火后的耐点蚀性能最好。结论 Mo的共沉积提高了Ni-Mo-P镀层Ni3P的析出温度,降低了镀层的晶化程度及晶粒尺寸;与Ni-P镀层相比,高温退火的Ni-Mo-P镀层表现出了优异的耐点蚀性能,但耐硫酸均匀腐蚀的性能较差。     

医用钴基合金的组织结构及耐腐蚀性能

以锻造CoNiCrMo，CoCrMo和CoCrMoC台会为研究对象，通过金相观察，XRD分析和耐腐蚀试验，研究了3组合金在不同热处理条件下的显微结构，相成分及在Hi同溶液中的耐腐蚀性能。结果表明：2组锻造合金的再结晶温度都是1000℃，且晶粒尺寸随着固溶温度升高和时效时间延长而逐渐变大。3组试样在NaCl溶液中为钴基合金典型的阳极极化曲线；在Hanks’溶液中均有一个二次钝化行为，且锻造CoNiCrMo合金的二次钝化区域较窄，而其他2组合金则较宽；在含柠檬酸三钠的溶液中过钝化电位降低，柠檬酸盐的存在降低了含金的耐腐蚀性能。热处理对合金的耐腐蚀性能影响不大。     

非等原子比AlCoCrFeNi高熵合金组织及力学性能研究

通过改变Co、Cr、Fe、Ni元素含量,研究了铸态非等原子比Al0.5(Co,Cr,Fe,Ni)4高熵合金的组织和力学性能.结果 表明,Cr元素的增加会提高bcc相体积分数,而Fe、Co、Ni元素的增加会提高fcc相的体积分数;对于Co-Fe、Co-Ni、Fe-Ni元素含量较高的Al0.5(Co,Cr,Fe,Ni)4合...     

激光熔覆CoCrFeNiSix高熵合金涂层组织及耐蚀性能研究

目的 研究Si含量对CoCrFeNi系高熵合金涂层组织、物相、显微硬度及耐蚀性能的影响.方法 通过激光熔覆技术在45钢基材上制备CoCrFeNiSix(x为物质的量之比,x=0.0,0.5,1.0,1.5,2.0)高熵合金涂层,使用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、电化学工作站对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、耐蚀性能、腐蚀形貌进行分析研究.结果 CoCrFeNi高熵合金涂层为单一的fcc相,之后随着Si含量的提升,涂层向bcc相转变,当x=2.0时,全部转化为bcc相.涂层的微观组织以等轴晶与枝晶为主,当Si含量较少时,Si元素主要在晶界中偏析,随着Si含量的增加,过多的Si会固溶到晶粒内部.涂层的平均显微硬度随着Si含量的升高而增加,CoCrFeNiSi2.0可达到566.5HV0.5.在3.5％NaCl溶液中,涂层的腐蚀电位随Si含量的增加而变大,CoCrFeNiSi2.0较CoCrFeNiSi0.0的腐蚀电位正移约160 mV,腐蚀电流密度从1.17×10-6 A/cm2减小到6.06×10-7 A/cm2,耐蚀性提高.当Si含量较低时,涂层表面出现连续大面积腐蚀痕迹,随着Si含量的增加,表面腐蚀以点蚀为主.结论 在CoCrFeNi系高熵合金涂层中添加Si元素,可以促进bcc相的生成,提高涂层的显微硬度,同时可以有效抑制合金涂层的腐蚀倾向,以及减缓合金涂层的腐蚀速率,提高耐蚀性能.     

激光熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金工艺优化及耐蚀性研究

目的 通过脉冲Nd:YAG固体激光器在Q235钢表面熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层,改善其表面性能。方法 采用正交实验法优化激光熔覆工艺参数,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、显微硬度仪分析涂层的物相组成、显微组织、元素成分以及硬度分布。采用三电极体系对高熵合金涂层的极化性能以及电化学阻抗谱(EIS)进行测试,研究高熵合金涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。结果 以稀释率和硬度为响应并进行极差和方差分析,最终得出的最佳工艺参数如下:铺粉厚度为1.25 mm,扫描速度为180 mm/min,电流大小为220 A,离焦量为－7 mm。高熵合金涂层物相由富Cu的FCC相以及富(Al,Ni)的BCC相双相构成。表层微观组织为细小、均匀的等轴晶,中部为粗大的柱状树枝晶,涂层底部与基体结合处出现明显的平面晶。Cu元素在枝晶间出现轻微偏析。涂层最高硬度达到521HV0.2,是基体的2.7倍。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层较基体有更正的自腐蚀电位、更小的自腐蚀电流密度、更大的容抗弧半径以及阻抗模值,表现出良好的耐蚀性。结论 激光熔覆技术制得的高熵合金涂层成形良好、性能优异,AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层能有效提高基体耐蚀性,起到保护作用。     

电火花沉积FeCoCrNiCu高熵合金涂层的组织结构与耐蚀性

目的 通过在45Mn2钢表面进行电火花沉积FeCoCrNiCu高熵合金涂层,改变其表面性能。方法 采用真空吸铸法制备直径为3 mm的FeCoCrNiCu高熵合金电极,采用电火花沉积技术,在45Mn2钢表面制备高熵合金沉积层。通过X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）等分析研究沉积层的相组成、表面形貌、表面粗糙度和显微组织。通过三电极体系对涂层进行极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）测试,分析其在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果 制备的FeCoCrNiCu涂层连续、均匀,具有简单的FCC结构,表面呈银灰色橘皮状,厚度约为25 μm。涂层表面凸凹不平,为典型的“溅射状”花样形貌,表面粗糙度均方根偏差Rq约为4 μm。极化曲线表明,高熵沉积层自腐蚀电位为-0.548 V,较45Mn2基材正移约180 mV,腐蚀电流密度为1.59 μA/cm2,约为基材的1/6。电化学阻抗谱EIS测试结果显示,FeCoCrNiCu高熵合金沉积层较45Mn2基材具有更大的容抗弧半径和极化电阻,其模拟电路可以用R(Q(R(QR)))表示。结论 电火花沉积技术是一种极具发展潜力的高熵合金涂层制备技术,制备的FeCoCrNiCu高熵合金涂层可有效提高基材的耐蚀性能。     

Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Multi-Microalloying Mg Alloys Prepared by Adding AlCoCrFeNi Alloy

In this work, a series of multi-microalloying Mg alloys with a high degradation rate and high strength was prepared by adding AlCoCrFeNi HEA particles to the Mg melt followed by hot extrusion. The microstructure evolution and mechanical properties of the alloys were studied, meanwhile, the corrosion properties were evaluated by immersion weight loss and electrochemical tests. Results indicated that HEA particles in the Mg melt were decomposed and formed the Ni-rich phase,which was distributed un...     

累积退火参数与含Nb锆合金耐腐蚀性能关系述评

累积退火参数(A)被广泛用于评价核反应堆用Zr-Sn系合金的耐水侧腐蚀性能。对于累积退火参数在新发展的含Nb锆合金中的应用,迄今未有一致意见,有学者认为传统的累积退火参数不再适用于含Nb锆合金的耐腐蚀性能的评价。本文综述了累积退火参数在常见牌号核用锆合金中的研究概况,并从A值的本质出发,解释了累积退火参数与锆合金微观组织之间的联系及其评价耐腐蚀性能的微观原因。提出合金元素的扩散速率(Fe、Cr扩散很快,Nb扩散极慢)是累积退火参数是否起作用的决定因素。指出累积退火参数可以直接用来评价低Nb锆合金的耐腐蚀性能,即A值越小,第二相粒子越细小弥散,合金的耐腐蚀性能越佳。