FeCrNiAl系高熵合金高温氧化行为及组织演变研究

研究了FeCrNiAl系高熵合金的高温氧化行为,建立了合金的氧化动力学模型,同时借助XRD、SEM和能谱分析,对合金氧化物相结构及形貌和成分进行表征,分析了合金的氧化机理。结果表明合金在800~1000℃都是完全抗氧化的,随着氧化温度的提高,合金氧化速率先增加后减小,1000℃的平均氧化速率小于800℃的平均氧化速率;各个温度下试样单位面积的氧化增重与氧化时间的关系满足抛物线规律,计算得到合金的氧化激活能为167.507 kJ/mol;800℃下枝晶内的氧化产物全部是棒状的金红石结构TiO_2,而枝晶间氧化产物则主要是片层状、紧密相连的Cr_2O_3和TiO_2;900和950℃下形成的氧化膜中主要氧化物均为TiO_2,900℃还含有Cr_2O_3和Fe2O3,950℃氧化膜中还含有α-Al_2O_3。在1000℃合金表面仅形成致密的α-Al_2O_3薄膜,使合金表现出更为优异的抗氧化性能。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

高熵合金抗高温氧化机理研究展望

近年来高熵合金因具有许多优于传统合金的性能备受瞩目,而高温氧化问题大大限制了其发展应用。多元组成使高熵合金的高温氧化过程不同于单一金属,不同氧化阶段的动力学规律有很大不同。氧化前期多种元素发生氧化反应,氧化物种类和氧化膜结构随时间发生变化,直到稳定氧化阶段氧化产物才固定存在。本文从初期选择性氧化、过渡态氧化和稳定氧化期3个阶段深入剖析高熵合金高温氧化各个过程的详细机理,并总结相应的改善高温抗氧化性能的方法,为高熵合金材料设计和性能调控提供重要的理论依据。     

NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为

采用循环氧化考核法以及借助XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了研究。结果表明:NbZrTiTa高熵合金在1000～1400℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10~(-7)～1.0×10~(-6) g~2·cm~(-4)·s~(-1)和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高的氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料的应用潜力。     

AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金的高温氧化行为

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼法制备AlCoCrFeNiTi_(0.5)多主元高熵合金,研究合金在800、900、1000和1100℃下的高温氧化行为,采用XRD,SEM及EDS对氧化膜的成分及形貌进行了分析,探索了合金的氧化机制。结果表明,合金的氧化动力学曲线在800和900℃时近似遵循六次方抛物线规律,在1000和1100℃时近似遵循四次方抛物线规律。合金具有优异的抗氧化性,在800、900和1100℃下为抗氧化级别,而在1000℃下为完全抗氧化级别。合金的氧化主要发生在枝晶间和共晶区,呈岛状团聚堆叠生长,1100℃氧化时该区域的氧化物发生明显剥落,氧化产物主要是TiO_2、Fe_2TiO_5和FeCr_2O_4等;而枝晶相的氧化产物较单一,1000℃及以下温度氧化时为弥散分布的Al_2O_3颗粒,1100℃氧化时为致密的Al_2O_3氧化层。高温氧化后,合金基体相结构稳定,未出现软化现象。     

Al0.5FeCoCrNi(Si0.2,Ti0.5)高熵合金的高温氧化性能

采用真空电弧炉熔炼制备了Al0.5FeCoCrNi,Al0.5FeCoCrNiSi0.2和Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金(下标均表示摩尔比)。研究了三种高熵合金在900℃空气中的抗氧化性能,并用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪对不同成分高熵合金氧化层的形貌、成分和结构进行了对比分析。结果表明,三种高熵合金在900℃下均属于抗氧化级。Al0.5FeCoCrNi合金和Al0.5FeCoCrNiSi0.2合金的氧化增重曲线相似,Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金的氧化增重速率较大。Al0.5FeCoCrNi,Al0.5FeCoCrNiSi0.2高熵合金表面均生成Cr2O3氧化物,内部均生成少量AlN颗粒;Al0.5-FeCoCrNiTi0.5高熵合金氧化产物为CoFe2O4尖晶石氧化物及富含钛和铁的复杂氧化物,内部产生少量氮化物颗粒。     

Al0.5CoCrFeNi高熵合金高温腐蚀行为研究

采用真空电弧熔炼炉制备了Al0.5CoCrFeNi高熵合金(下标表示摩尔比).研究了高熵合金在800、900℃的75wt％Na2SO4+25wt％NaCl熔盐中抗高温腐蚀性.利用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪分析高熵合金的腐蚀层形貌、成分和组织结构.结果表明:高熵合金在熔盐中的腐蚀质量损失较严重,随腐蚀温度升高,抗腐蚀性下降;腐蚀层出现明显分层,合金表面生成了疏松多孔的NaFeO2等多种混合氧化物;合金腐蚀过程发生内氧化和内硫化,内层生成Al2O3、CrO3混合氧化物及Cr5S6硫化物.     

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。     

选区激光熔化AlCoCrCuFeNi高熵合金的高温氧化行为研究

基于选区激光熔化技术制备了AlCoCrCuFeNi高熵合金,研究其显微组织及800、1000和1200℃下的高温氧化行为,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法表征分析了氧化膜的物相组成和形貌特征。结果表明：所制备的AlCoCrCuFeNi高熵合金主要包含bcc相、bcc/B2相和少量的fcc相,显微组织为长直柱状枝晶和等轴胞晶结构组成的非平衡异质结构。AlCoCrCuFeNi高熵合金在3种不同温度下的高温氧化性能优异,氧化动力学曲线基本符合抛物线定律,氧化速率对温度有明显的依赖性,其随着温度的提高而增加,并且氧化反应导致氧化膜中产生了明显的空洞和裂纹,为金属元素的持续扩散提供了通道,加剧了氧化反应,所引起的剥落现象愈加严重,氧化膜主要成分为Cr₂O₃、Al₂O₃和MCr₂O₄尖晶石混合氧化物,较为致密的氧化膜可以有效地抑制基体受到进一步氧化,提高抗氧化性能。     

Si对高熵合金涂层组织和高温抗氧化性能的影响

研究了Si含量对窄带/宽带激光熔覆NiCoFeCrSixAlCuTiMoB0.4(x=1.0,0.5)高熵合金涂层组织、相结构及高温抗氧化性能的影响.结果表明:窄带涂层组织为树枝晶,主要相结构为BCC固溶体.宽带涂层为较粗大的树枝晶,相结构由BCC固溶体和存在于枝晶间的B(Fe,Si)3、Cr2 B少量第二相组成,且S...     

ZnTi层状双氢氧化物的制备及其缓蚀和抑菌性能研究

目的 制备具有缓蚀和抑菌双重作用的ZnTi层状双氢氧化物(LDHs)。方法 通过反相微乳法,一步合成插层缓蚀剂维生素C(Vitamin C, Vc)和香草醛(Vanillin, Van)的ZnTi-LDHs。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)对制备的LDHs进行形貌、结构和成分表征;通过电化学阻抗谱(EIS)研究其缓蚀性能;通过紫外分光光度计(UV-vis,UV5200)测定细菌悬浮液在600 nm处的吸光值,绘制细菌生长曲线,研究其抑菌效果。结果 制备的LDHs为典型的二维片层状结构,合成插层缓蚀剂后,XRD图谱中(003)和(006)特征峰明显向高度数偏移,FTIR具有明显的Vc和Van的特征吸收峰,表明缓蚀剂成功负载到LDHs层间。电化学阻抗谱测试结果表明,所制备的LDHs对碳钢具有较好的缓蚀效果,24 h后,ZnTi/Vc-LDHs与ZnTi/Van-LDHs的缓蚀效率分别达到90.47%和91.97%。细菌生长曲线测试结果表明,制备的ZnTi-LDHs可以无选择性地抑制金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的生长,ZnTi/Vc-LDHs最高可抑制97.22%的金黄色葡萄球菌生长,ZnTi/Van-LDHs最高可抑制98.30%的大肠杆菌生长。结论 ZnTi/Vc-LDHs与ZnTi/Van-LDHs不仅具有较好的缓蚀效果,而且能够有效地抑制细菌生长。     

共晶高熵合金研究进展

高熵合金(HEAs)打破了传统合金的设计理念,是以多种主要元素组成的一类新型合金,但大部分高熵合金通常流动性和可铸造性较差,成分不均匀,不利于高熵合金的规模化应用。共晶高熵合金(EHEAs)可同时具有高熵合金和共晶合金的特性,减少铸造缺陷,改善了铸造性能,设计和制备共晶高熵合金具有重要的意义。概述了国内外共晶高熵合金的研究进展,介绍了合金的相组成和性能,共晶形貌的生长特征及生长机理,概括了共晶高熵合金的相形成规律和共晶成分的设计方法,最后展望了未来共晶高熵合金的主要研究方向。     

低温钛合金的研究进展

因具有优异的低温综合性能,钛合金作为重要的低温工程材料而逐渐受到广泛重视。本文概述了当前国际低温钛合金的应用现状,从α钛合金、α/β两相钛合金及β钛合金方面,综述了钛合金低温变形机制的最新研究进展,并总结了这3类不同相成分的钛合金的低温变形机制。从温度、合金成分、形变因素和显微组织方面,归纳总结了不同因素对钛合金低温塑性变形机制的影响。另外,还探讨了低温钛合金的发展趋势,以期为新型综合性能更好的低温钛合金的设计和研发提供参考。     

高熵形状记忆合金的研究进展

高熵形状记忆合金是在等原子比NiTi合金的基础上,结合高熵合金的概念,逐渐发展起来的一种新型高温形状记忆合金.近年来,已开发出了综合性能优异的(TiZrHf)50(NiCoCu)50系和(TiZrHf)50(NiCuPd)50系高熵形状记忆合金,引起了广泛的关注和研究兴趣.本文从物相组成、微观组织、马氏体相变行为、形状...     

耐热镁合金的研究进展

综述了耐热镁合金的发展历史,以及近年来耐热镁合金研究发展现状.主要介绍了Mg-RE系、Mg-Al系、Mg-Zn系3 类主要耐热镁合金的耐热机理和研究发展.本文提出了耐热镁合金的未来的发展趋势.     

CoCrFeNiNbx高熵合金的研究进展

近十几年来,作为一种研究热门的新型合金,高熵合金已获得了材料界广泛的关注.其中,以等原子比CoCrFeNiMn合金为原型,已报道大量力学性能优异的fcc结构的高熵合金.近几年,由于其优异的铸造成形性能与综合力学性能,共晶高熵合金也逐渐得到科研人员的重视.本工作选取CoCrFeNiNbx合金体系,以析出强化型高熵合金和共...     

The Response of Alloys to Erosion-Corrosion at High Temperatures

Pure nickel, Ni-20Cr and Ni-30Cr alloys wereexposed to conditions of erosion and corrosionsimultaneously at 700°C and 800°C. The exposureswere made using normal impact of an air stream loadedwith 20-m alumina. The alumina particles flowed at therate of 400 mg per min and the velocities used were 75m/s and 125 m/s. The reaction kinetics were measureddiscontinuously by interrupting the exposure and measuring the weight loss. The specimens wereexamined using SEM-EDAX both on the surface and incross-section. Under simple oxidation, the alloyspecimens developed a thin protective layer of chromia. Under erosion-corrosion conditions, thisprotective scale was prevented from forming and thealloys were found to undergo aggressive attack at a ratethat was the same as that experienced for pure nickel, the surface oxides were identified asCr₂O₃ and NiO. It is proposedthat, under erosion corrosion, the erosive streamprevents the formation of a continuous layer of chromiaby removing the oxide faster than it can spread laterally. The specimen issaid to be in a state of erosion-maintained transientoxidation. This mechanism implies that it would bedifficult for protective scales to form in the presence of erosion and the oxidation behavior of analloy cannot be used as a guide to its resistance toerosion-corrosion.     

纳米晶Cu-Si合金的抗氧化性能

采用电弧熔炼和机械合金化方法制备了两种晶粒尺寸差别较大的Cu-Si合金,并采用热重分析方法对其在700℃和800℃、1×105Pa流动O2中氧化24 h的抗高温氧化性能进行了研究。结果表明,不是所有合金氧化动力学都遵循抛物线规律,甚至有些合金的动力学曲线十分不规则。总的来说,机械合金化法制备的合金单位面积氧化增重小于相应的熔炼合金。合金氧化后都未形成连续的SiO2保护膜,而形成了相似的复杂的氧化膜,其中都包含由Cu2O和SiO2组成的富含SiO2的混合氧化物层,它限制了铜和氧的进一步扩散。晶粒尺寸的减小促进了活泼组元Si的扩散,加速了SiO2和富含SiO2的Cu2O+SiO2混合氧化物层的形成,提高了Cu-Si合金的抗高温氧化性能。     

玻璃或石墨润滑剂在TC4合金高温变形过程中的行为研究

采用圆环压缩法,研究了Ａ５玻璃和石墨在ＴＣ４钛合金高温变形过程中的润滑性能。结果表明：用Ａ５玻璃作润滑剂,摩擦因子ｍ随温度的升高而减小,但在应变速率小于０．０５ｓ＾－１,温度高于９５０℃时,ｍ随温度的升高而增大;温度低于９５０℃时,应变速率对ｍ影响不大,而温度高于９５０℃时,ｍ随应变速率的增大而减小。用石墨作润滑剂时,摩擦因子ｍ随温度的升高和应变速率的减小而增加。     

多主元高熵合金涂层的研究进展

综述了高熵合金涂层的设计理念、制备方法和性能研究的进展。 介绍了高熵合金金属涂层、化合物涂层和复合涂层的性能特点。 高熵合金涂层表现出高强度、高硬度、耐高温、耐磨性和耐腐蚀等优异性质,有望在工具、刀具、模具等方面得到应用。