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。     

Evaluation of the Microstructural Aspects,Mechanical Properties and Dry Sliding Wear Response of MoTaNbVTi Refractory High Entropy Alloy

Metals and Materials International - MoTaNbVTi refractory high entropy alloy was synthesized by the vacuum arc melting technique in its equi-atomic composition. The modification of its...     

Si对FeMoCrVTiSix高熵合金组织和力学性能的影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了FeMoCrVTiSix(x=0、0.3、0.5、1)高熵合金,利用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、万能试验机等设备研究了合金的组织和力学性能。结果表明,x=0时,合金由单一BCC固溶结构组成,随着Si含量增加,合金中逐渐析出(MoCrV)3Si相和(FeCrVSi)2(MoTi)的Laves相,x=1时,Laves相成为主相。随着Si含量增加,合金脆性随之增加,硬度(HV)也呈上升趋势,在x=1时达到最大值1113。     

退火对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响

为了研究退火处理对CrCuFeMnTi高熵合金组织结构和力学性能的影响,通过真空电弧熔炼法在氩气保护下制备了铸态合金,在不同温度下对合金进行退火处理,观察其组织结构并进行力学性能测试。结果表明:铸态CrCuFeMnTi高熵合金由1个密排六方和1个面心立方结构固溶体构成,形成由枝晶相和枝晶间相组成的典型枝晶组织形貌;合金在750℃以下退火时,主要以元素的扩散和组织的均匀化为主,经过900℃等温退火处理后,合金中密排六方结构的固溶体逐渐转变成体心立方结构固溶体,该相变过程是由元素扩散引起及控制的;经过750℃以下的退火处理后,合金的硬度和断裂强度均有所提高,但断裂行为均表现出脆性特征。     

Microstructure and Mechanical Properties of a Refractory CoCrMoNbTi High-Entropy Alloy

In this work, a new refractory high-entropy alloy, the Co-Cr-Mo-Nb-Ti system, was proposed as a family of candidate materials for high-temperature structural applications. CoCrMoNbTi _x (x values in terms of molar ratios, x = 0, 0.2, 0.4, 0.5 and 1.0) alloys were prepared by vacuum arc melting. The effects of variations in the Ti content on the phase constituents, microstructure and mechanical properties of the alloys were investigated using x-ray diffractometry, scanning electron microscopy equipped with energy-dispersive x-ray spectroscopy and compressive testing. The results showed that the CoCrMoNbTi_0.4 alloy possessed a typical cast dendritic microstructure consisting of a single body-centered cubic (BCC) solid solution. Laves phases (Cr₂Nb and Co₂Ti) were formed in other alloys with different Ti contents. The results were discussed in terms of the mixing enthalpy, atomic size difference, electronegativity difference and valance electron concentrations among the elements within alloys. The alloy hardness exhibited a slightly decreasing trend as the Ti content increased, resulting from the coarser microstructure and reduced amount of Laves phases. Augmented Ti content increased the compressive strength, but decreased the ductility. Particularly, for the CoCrMoNbTi_0.2 alloy, the hardness, compressive strength and fracture strain were as high as 916.46 HV_0.5, 1906 MPa and 5.07%, respectively. The solid solution strengthening of the BCC matrix and the formation of hard Laves phases were two main factors contributing to alloy strengthening.     

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。     

On Interdiffusion in FeNiCoCrMn High Entropy Alloy

Interdiffusion was studied in FCC FeNiCoCrMn high entropy alloy (HEA) system with the help of two quinary diffusion couples annealed at 1000 °C for 100 hours. The terminal alloys of the two couples were selected based upon the knowledge of binary thermodynamic interactions so as to have enhancement or reduction of interdiffusion of particular components. Interdiffusion fluxes of nickel and manganese, which have highest negative binary enthalpy of mixing, were observed to be enhanced up the gradients of each other and reduced down the gradients of each other. Regions of uphill interdiffusion observed for chromium and iron and presence of a zero flux plane observed for iron in one of the diffusion couples indicate the existence of strong diffusional interactions in this HEA. Quinary interdiffusion coefficients were also calculated at various compositions of the FeNiCoCrMn system based upon Manning’s model, utilizing the knowledge of tracer diffusivities of constituent elements and thermodynamic factors. The calculated cross interdiffusion coefficients were shown to be consistent with the diffusional interactions observed in the two diffusion couples. Nickel and Manganese, which are slowest and fastest diffusing species in the FeNiCoCrMn HEA and, which also possess highly negative binary enthalpy of mixing were observed to play particularly significant role in determining the diffusional interactions in this HEA system. Validity of the interdiffusion coefficients evaluated by Manning’s approach was established by regenerating the concentration profiles of the experimental diffusion couples based on transfer matrix method (TMM).     

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。     

CrFeMnVCu系高熵合金的微观组织和性能

本文在CrMnFeV四元合金的基础上添加奥氏体形成元素Cu元素,同时降低Mn元素含量,并采用电弧熔炼+铜模吸铸工艺制备了CrMnFeVCu系高熵合金,并系统研究了合金的成分设计和元素配比对高熵合金组织和性能的影响机理。结果表明,CrMnFeV四元合金由BCC固溶体和极少量B2颗粒组成,CrMnxFeVCu0.2x （x= 0.3、0.5、0.7、1）合金由BCC结构的树枝晶相和FCC结构的枝晶间相组成,且随着Cu含量的增加,FCC枝晶间相的体积分数和尺寸逐渐增大,相形态从颗粒状逐渐转变为长条状和块状。压缩试验表明,CrMn0.3FeVCu0.06合金的屈服强度最高（1273 MPa）,且塑性优异（εf = 50.7%）,随着Cu含量的增加,合金的力学性能逐渐降低,这主要归因于CrMnxFeVCu0.2x合金中主要的强化机制是位错强化和第二相强化,而FCC相尺寸的增大会降低第二相强化的效果。     

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。     

Al0.5Nb1.5TiV2Zr0.5 难熔高熵合金组织和力学性能

采用真空电弧熔炼制备了Al_0.5Nb_1.5TiV₂Zr_0.5高熵合金,并研究了其微观组织、密度及力学性能。结果表明,Al_0.5Nb_1.5TiV₂Zr_0.5合金由为90.6%(体积分数)的体心立方相和9.4%(体积分数)的C14-Laves第二相组成。合金基体相富含Ti和V,第二相富含Al和Zr。合金的密度为6284 kg/m3,维氏硬度为5197.9 MPa。合金的屈服强度随温度升高而降低,由室温下1082.9 MPa降低到1073 K下的645.0MPa。压缩应变由室温下的27.20%降低到873 K下的14.94%,这与合金中原子间的相互作用力随温度升高而降低有关。在1073 K时合金应变超过50%,表现出良好的塑性而未发生断裂。压缩测试结果表明,合金韧脆转变温度在873～1073 K之间。     

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。     

TiAl基合金高温拉伸力学性能的研究

以ＴｉＡｌ基合金塑性研究的目的，采用自制高温流变仪拉伸机研究了具有全层片状显微组织试样高温拉伸力学性能和变形，断裂行为，试验发现，在热变形过程中，伴随着显著的动态再结晶现象的发生，断裂以缩颈引发应力，应变集中，孔洞的增殖，连通和长大等损伤过程的积累而致使发生。     

Mechanical Properties and Phase Stability of WTaMoNbTi Refractory High-Entropy Alloy at Elevated Temperatures

High-temperature structural metals remain in high demand for aerospace aircraft,gas turbine engines,and nuclear power plants.Refractory high-entropy alloys (RHEAs) with superior mechanical properties at elevated temperatures are promising candidates for high-temperature structural materials.In this work,a WTaMoNbTi RHEA with adequate room temperature plasticity and considerable strength at 1600 ℃ was fabricated by vacuum arc-melting.The room temperature fracture strain of the as-cast WTaMoNbTi RHEA was 7.8％,which was about 5.2 times that of the NbMoTaW alloy.The alloy exhibited a strong resistance to high-temperature softening,with a high yield strength of 173 MPa and compressive strength of 218 MPa at 1600 ℃.The WTaMoNbTi RHEA possessed excellent phase stability in the range of room temperature to 2000 ℃.The dendritic grains grew into equiaxed grains after compression test at 1600 ℃ due to the dynamic recrystallization process at high temperature.This work presents a promising high-temperature structural material that can be applied at 1600 ℃.     

AlCrCuFeNbxNiTi高熵合金组织与性能研究

采用电弧熔炼制备了AlCrCuFeNb_xNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金,研究不同Nb含量对AlCrCuFeNb_xNiTi高熵合金显微组织和力学性能的影响。研究表明：AlCrCuFeNb_xNiTi (x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)高熵合金物相主要包含有序FCC的L2₁相和Laves相,还有少量的BCC(A2)和FCC相;Nb元素的添加能促进Laves相的生成且对Cu元素的偏析具有一定的抑制效果;通过相判据参数计算找到了适合AlCrCuFeNb_xNiTi高熵合金的相形成判据;添加适量的Nb元素能够改善AlCrCuFeNiTi六元高熵合金的力学性能;AlCrCuFeNb_0.5NiTi 高熵合金具有较好的综合力学性能,抗压强度达到1587.4 MPa,硬度达到568.8 HV;Nb元素含量过高时会形成过多的Laves相使合金表现出过早脆化现象。     

镱对挤压ZK31镁合金室温力学性能的影响

研究了Yb对挤压ZK31镁合金的组织与力学性能的影响。结果表明:添加1.0wt%Yb能显著提高ZK31镁合金的综合力学性能,提高合金强度的主要原因是抑制挤压过程中的动态再结晶(DRX),细化ZK31镁合金加工态晶粒(<5μm),给随后的热处理带来有利的影响。ZK31+1.0Yb合金挤压后直接进行423K×24h时效处理与挤压态相比,可同时提高强度和塑性,获得最佳力学性能:σb=313MPa,σ0.2=293MPa,δ=19.1%。     

AlCoCrFeNiCu高熵合金的电化学腐蚀性能研究

利用电化学测试、扫描电镜观察及能谱分析等方法,研究了AlCoCrFeNiCu高熵合金在不同介质中的电化学腐蚀行为.结果表明,在3.5％NaCl和30％H2O2溶液中,1Cr18Ni9Ti不锈钢与AlCoCrFeNiCu高熵合金相比,具有较正的自腐蚀电位,较小的腐蚀电流密度,AlCoCrFeNiCu高熵合金的腐蚀以点蚀和局部腐蚀为主;在1mol/L H2SO4溶液中,AlCoCrFeNiCu高熵合金的腐蚀电流密度较1Cr18Ni9Ti不锈钢小,耐腐蚀性能更好.     

CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金的微观组织及抗辐照性能研究

本文采用粉末冶金技术制备了CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金合金,并系统研究了合金的微观组织、力学性能及抗辐照性能,结果表明,采用粉末冶金制备的CrMn0.3FeVCu0.06合金由BCC结构的固溶体基体和FCC结构的第二相颗粒组成,且由于合金的晶粒尺寸和第二相颗粒的尺寸较小,晶界强化和弥散强化效应有效地提高了合金的强度和硬度,此外,由于第二相颗粒为FCC软相,颗粒起到弥散强化的同时又不会严重降低合金的塑性,因此,CrMn0.3FeVCu0.06合金同时具备高强度和优异的塑韧性。CrMn0.3FeVCu0.06合金的D等离子体辐照试验表明,在500 K、40 eV、1×1022 m-2s-1的辐照条件下,合金内部产生辐照气泡需要的临界辐照剂量Φcr大于2.0×1025 m-2,远大于同等辐照条件下在多晶钨中产生气泡的临界剂量,合金的抗辐照鼓泡性能优于传统的多晶钨,且随着辐照剂量的增大,合金表面的辐照气泡尺寸逐渐增大。此外,合金的纳米压痕测试结果表明,辐照温度和剂量对合金辐照硬化效应的作用是相反的,合金的硬度随着剂量的增大而升高,随温度的升高而降低,且由于CrMn0.3FeVCu0.06高熵合金中存在严重的晶格畸变和迟滞扩散效应,合金的辐照硬化效应对温度变化更敏感。     

Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金在生活环境中的抗菌性能

目的 利用高熵合金多主元的设计思想,添加高含量的铜制备出具有优良机械性能的新型含铜抗菌高熵合金(Antibacterial High-entropy Alloy),探究其在多种复杂生活环境中服役时的抗菌性能。方法 通过XRD分析高熵合金的物相组成。通过拉伸试验研究该高熵合金的机械性能。采集多种生活环境下的微生物群落,通过平板涂布、场发射扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察细菌生长与成膜形貌,对比分析高熵合金的抗菌性能。通过基因测序,经由OTU聚类分析与物种分类学分析等研究手段,统计和分析菌落结构与物种多样性。通过活性氧簇分析,探究高熵合金的杀菌机理。结果 Al0.4CoCrCuFeNi高熵合金的屈服强度为(308±10) MPa,高于传统抗菌不锈钢材料。通过抗菌试验结果得出,高熵合金的抗菌率达到99.99%以上。通过扫描电镜分析和活死染色结果,发现AHEA表面菌落数量显著减少且几乎没有任何活的微生物。此外,通过测序结果可以看出,易黏附于普通金属样品表面的优势菌种多为有害致病菌,包含细菌和真菌,而AHEA对它们有着良好的抑制作用。结论 AHEA可以作为一种高效的抗菌材料,不仅能防止细菌在金属材料表面繁殖生长,还能有效抑制真菌生长和生物被膜的形成,综合性能远优于传统抗菌合金。     

Al-Cu-Mn铸造合金的高温力学性能研究

研究了不同温度条件下的Al-Cu-Mn合金力学性能,并采用金相、SEM、EDS手段分析了不同温度下试样的微观组织.研究结果表明:随着温度的升高,合金抗拉强度从468 MPa降到395 MPa,而伸长率也从2.8％降到1.5％.通过合金的金相可知,合金力学性能的降低是高温第二相质点发生偏聚导致的.结合SEM、EDS测试,结果表明,合金在高温产生了短暂的过时效,影响了第二相质点的凝聚状态.同时拉伸温度对试样断裂形式也有明显影响,断口主要呈现沿晶断裂,而在常温拉伸时,断裂形式以穿晶断裂为主.