高熵合金基复合材料的研究进展

高熵合金自2004年被提出以来,由于其表现出比传统合金更为优异的综合性能,在航空航天、石油化工等领域具有潜在的应用前景,逐渐成为金属材料领域的研究热点。在高熵合金基体中引入合适的增强相形成高熵合金基复合材料(HEAMCs),已成为改善高熵合金综合性能的方法之一。本文综述了近年来国内外关于高熵合金基复合材料的研究现状,就其增强相选择、制备工艺、相结构和组织进行系统的介绍,并归纳了包括强塑性、硬度以及耐磨耐蚀性等高熵合金基复合材料性能的演变规律以及强化机制,最后指出了当前高熵合金基复合材料面临的挑战并展望了未来的研究方向：增强相和基体之间的润湿性严重影响大尺寸复合材料的制备及性能,寻找一种高效简易的方法制备大尺寸复合材料是目前高熵合金基复合材料需要解决的一个问题;增强相颗粒会导致塑性下降,金属基复合材料强度与塑性之间的平衡也有待研究。     

高熵合金基复合材料研究进展

高熵合金基复合材料以其结构简单、性能优异以及较大的应用潜力在材料表面工程方面日益受到人们的关注。综述了块状高熵合金基复合材料及高熵合金基复合材料涂层的研究现状,并着重介绍了上述复合材料的制备工艺及性能特点。     

耐磨高熵合金制备工艺研究进展

耐磨高熵合金具有主元多、强度高、硬度大、磨损率低和耐高温等特征,应用前景广阔,是近几十年发展起来的一种新型耐磨材料。围绕耐磨高熵合金的主要制备工艺与耐磨性能的影响因素两方面,对近年来耐磨高熵合金的主要研究进展进行了综述。重点阐述了固、液、气态成型的耐磨高熵合金制备技术,总结了影响高熵合金耐磨性的因素,包括金属元素与非金属元素在内的多种元素对高熵合金耐磨性能的影响,说明了高熵合金及其碳氮化物涂层耐磨性能的研究进展。耐磨高熵合金的制备工艺较多,应根据合金形态成分的不同选择合适的制备方法;通过添加金属或非金属元素诱导硬质相析出仍是提高合金耐磨性能的主要手段;有些高熵合金或高熵合金涂层在高温、润滑等条件下也能够表现出优异的耐磨性能。     

颗粒增强高熵基复合材料成形及其摩擦学性能研究进展

高熵合金是近十几年新发展起来的一种全新概念的多元合金,其在物理、化学性能和力学性能方面有很多优点,为了解决高熵合金在摩擦磨损应用方面的局限性,提高其综合力学性能,以高熵合金为基体加入增强相合成的复合材料(HEAMCs)成为金属领域研究的热点。基于此,根据研究现状综述了不同HEAMCs的制备成形方法,从制备方法的优缺点对粉末冶金法、熔炼法、激光熔覆法进行了详细的分析。归纳了HEAMCs中纳米细晶强化及第二相协同强化两个方面的强化机制,分别概括了室温和高温情况下HEAMCs的摩擦磨损性能的研究,最后对HEAMCs目前所面临的挑战及未来的发展进行了讨论和展望。     

各类高熵合金的研究进展

随着科学与技术的不断发展,传统合金已无法满足现代工业发展的要求,迫切需要一种具有优异性能的新型合金材料来满足工业发展的需求。高熵合金是在传统合金的基础之上提出的,其具有比传统合金更优异的性能,所以对高熵合金的研究具有重要的价值。高熵合金是由5种及5种以上主元构成,且每种主元的原子分数5%并35%。阐述了块体高熵合金、薄膜状高熵合金、丝状高熵合金以及粉末状高熵合金的研究现状以及取得的进展。     

陶瓷颗粒增强Cr0.5MoNbWTi难熔高熵合金复合材料的制备及其力学性能

难熔高熵合金因其优异的力学性能、高温稳定性和抗氧化性能等,作为高温结构材料具有广阔的应用前景.为了进一步提升材料的力学性能,本研究利用原位反应烧结制备了陶瓷颗粒增强难熔高熵合金复合材料,并探讨了陶瓷增强相的生成机理及其对复合材料力学性能的影响.通过机械合金化制备了含有碳氮氧非金属元素的Cr0.5MoNbWTi过饱和体心...     

高强高导铜(合金)基复合材料强化与物性研究进展

从材料强化和物性研究两方面综述了国内外高强高导铜(合金)基复合材料的最新研究进展.评述了各种强化方法:沉淀强化、细晶强化、相变强化、形变强化、弥散强化和第二相强化.介绍分析了复合材料制备的各种工艺方法:液固两相铸造复合工艺、SHS法、半固态凝固法、粉末冶金法和复合电沉积法.归纳了影响导电性能的因素:合金元素的种类、含量和相结构.最后讨论了该类材料的研究及发展趋势.     

高熵合金制备及研究进展

高熵合金目前的研究大多针对块体、粉体、涂层、薄膜等领域,在其他领域的研究较少且缺乏统一分类。本文根据当前高熵合金研究进展,对所有研究的高熵合金种类进行了划分,介绍了元素选取原则,总结了高熵合金制备方法,综述了高熵合金研究机构、研究形式、研究内容等现状,展望了高熵合金应用前景,提出了当前高熵合金机理研究较少、性能研究不全面、热稳定性研究不系统、涂层制备工艺参数有待优化、轻质高熵合金设计、课题研究领域拓展等系列科学问题并给出针对解决方法,对于高熵合金课题未来的应用领域拓展研究方向有一定的指导意义。     

AlCoCrFeNi系高熵合金的强化方法研究

高熵合金又称多主元合金,相比以一种或两种元素为主的传统合金,高熵合金多主元合金设计理念使其具有独特的成分和结构特征,并展示了一系列优异的力学性能.尤其是近几年,拥有高强度、高延性的高熵合金纷纷涌现,这对高熵合金的工程化应用具有重要意义.合金的力学性能与其强化方法息息相关,如细晶强化、共格第二相强化、非共格第二相强化、异质结构强化等强化机制都在不同程度上促进了高熵合金力学性能的提升,因此了解高熵合金的强化方法和机制对于提高高熵合金的力学性能、探索新的高强高韧高熵合金意义重大.AlCoCrFeNi系高熵合金是目前研究最多的高熵合金体系之一,而且该体系高熵合金还可以通过成分调节和热机械处理工艺产生不同的组织结构,进而引入不同的强化机制,合金的力学性能可以在大范围内进行调控,是研究高熵合金强化方法的理想材料.基于此,本文以AlCoCrFeNi合金体系为对象,回顾了近几年高熵合金的强化方法,包括细晶强化、共格第二相强化、非共格第二相强化和异质结构强化,进一步阐述了成分和组织调控对高熵合金强化方法和力学性能的影响.不仅如此,本文还通过总结复合强化机制,发现必须借助多种强化机制才能使合金达到更高的强度,最后对高熵合金的强化方法研究进行了简单的总结和展望.     

沉淀强化高熵合金研究进展

高熵合金是一类由多种主要元素共同组成的新型金属材料,其具有独特的微观结构和可调性能,在国内外已获得广泛关注。沉淀强化被证明是提高高熵合金屈服强度的一种非常有效的手段,并且沉淀相和基体之间的共格界面对于实现强度和塑性的良好结合非常重要。合理控制沉淀相的类型、形状、大小和体积分数是提高合金强塑性的关键因素。研究证实,采用不同的轧制、退火和时效等热处理工艺可调控合金的基体微观组织、沉淀相特征。沉淀强化高熵合金虽然表现出优异的拉伸性能和热稳定性,但目前对其疲劳、蠕变和氧化行为及相关机理等尚不清晰。因此,应对材料进行综合评价以促进性能优越的高温器件的合理设计和制造。使用计算模拟的方式对沉淀相的元素分布、电子结构、成键状态等内在特性进行量化研究,对沉淀相的演化过程进行针对性的预测和控制,有助于合理设计合金成分体系。本文综述了沉淀强化高熵合金的相形成、力学性能、热稳定性和计算机建模等方面的研究进展,归纳总结了相关问题,对今后设计沉淀强化高熵合金具有一定的指导意义。     

CoCuFeNiTi高熵合金涂层的制备和性能研究

采用激光熔覆技术在40 Cr钢基材表面制备CoCuFeNiTi高熵合金涂层,使用SEM、XRD和EDS等手段分析涂层的显微组织和相组成,研究了涂层的制备工艺、显微硬度、耐磨损和耐腐蚀性能。结果表明：在激光功率为700 W、扫描速度为6 mm/s条件下制备的CoCuFeNiTi高熵合金涂层表面质量较好,涂层与基体之间形成了良好的冶金结合;这种涂层由FCC相、少量的Cu₄Ti相和微纳级富Cu析出相构成,具有典型的树枝晶显微组织,Cu元素在枝晶间偏聚并形成微纳级富Cu析出相;涂层的显微硬度约为438.83HV,是基体的1.7倍;涂层的磨损质量损失约为基体的1/2,表明这种涂层具有更高的耐磨损性能。涂层的磨损,以黏着磨损为主伴有一定程度的磨粒磨损;这种涂层在pH=4的酸性溶液和3.5%NaCl溶液中的耐蚀性均优于基体。     

CrFeCoNiCu多主元高熵合金的相分析

利用高分辨SEM与TEM观察显微组织,同时结合相图分析,提出了CrFeCoNiCu多主元高熵合金相的鉴定方法,结果表明:微观组织为枝晶和枝晶间组织,枝晶间存在大量纳米析出相.主要组成相包括枝晶内的Fe,Cr,Ni,Co的FCC固溶体相,枝晶间非晶相和Cu,Ni的FCC固溶体相.相图分析表明,合金材料在1400℃和1100℃左右发生的两次相变,形成了CrFeCoNiCu高熵合金的组织结构.     

高熵合金中典型金属间化合物

高熵合金作为一种新型金属材料,因其具有优异的力学性能而受到越来越多研究者的广泛关注。在高熵合金中,金属间化合物从最初追求单相固溶体以避免形成有害相,发展到可作为有益的析出强化相或合金基体相(有序固溶体),丰富了高熵合金的组织调控策略,提升了高熵合金的力学性能。同时,也为高熵合金的发展起到了重要的推动作用。从高熵合金中相的形成规律出发,综述了高熵合金中典型金属间化合物及有序固溶体的研究现状,主要包括合金元素和热处理工艺等对典型金属间化合物形成规律和高熵合金力学性能的影响,并对高熵合金中金属间化合物的未来发展进行了展望。     

CoCrFeNi系高熵合金研究进展

高熵合金具有独特的微观结构和特性,作为一种新型的高性能材料,逐渐获得了国内外研究人员的广泛关注。高熵合金具备多元化的元素组成方式,不但没有形成传统概念中复杂的相结构,反而展现出了更优异的性能,在诸多领域均具有良好的应用前景。在当前的高熵合金体系中,CoCrFeNi系研究最为广泛,其研究内容主要体现在通过添加不同元素或进行退火热处理对原合金体系改性进而获得优异性能的材料。首先,结合CoCrFeNi体系对高熵合金的定义和性能特点进行了分析和总结;其次,从热力学和动力学角度论述了CoCrFeNi系高熵合金的结构预测、层错能计算及缺陷动力学分析;再次,总结了Al、Ti、Cu、Mn和C元素对CoCrFeNi系高熵合金显微组织和力学性能的影响;最后,分析了当前的研究现状并进行了展望。     

高熵合金氮化物薄膜的研究进展

基于多元高熵合金思想制备的高熵合金氮化物薄膜由于多种元素相互混合,易于产生高熵效应、晶格畸变效应和缓慢扩散效应,使得该新型薄膜体系形成简单的非晶结构和纳米晶结构。依赖于成分和制备工艺,多元高熵合金氮化物薄膜表现出简单的固溶体结构和优异的性能,因而在许多领域极具应用潜力。综述了高熵合金氮化物薄膜的发展概况、组织特点、性能特征、制备方法和应用前景,并对高熵合金氮化物薄膜的发展方向进行了展望。     

热电材料中的高熵结构设计

高熵合金的设计思想在诸多材料领域都有广泛的应用,本研究从高熵结构对热电输运性质的影响出发,着重讨论热电材料对高熵结构设计的一些要求。以CuInTe₂为实例,提出了热电材料的高熵结构应当尽量减小晶格畸变,尽量选择在不影响费米面结构的格点位进行高熵掺杂。依据这些准则,设计的高熵化合物Cu_0.8Ag_0.2Zn_0.1Ga_0.4Ge_0.1In_0.4Te₂的室温热导率降到了2.1 W·m^-1·K^-1,比基体材料降低70%,最高ZT值达到1.02,较基体提升90%。在二元化合物SnTe中进行了AgSbSe₂固溶,其室温热导率降到1.3 W·m^-1·K^-1,比基体降低80%以上。本研究表明,遵循一定准则设计的高熵结构对于提升热电材料性能具有重要的意义。     

添加Be对CoCrFeNi高熵合金组织和性能影响的研究

目的 研究CoCrFeNi高熵合金组织和性能在添加Be后的变化,通过高熵合金固溶体相形成规律,设计从面心立方固溶体转变至含体心立方及金属间化合物的(CoCrFeNi)1-xBex系列高熵合金。方法 通过计算验证(Co Cr FeNi)1-xBex系列高熵合金的成分是否落入固溶体区域,并对上述成分高熵合金组织和力学性能进行研究。结果 Be元素的原子数分数为4%时,高熵合金仍为单一的FCC相结构,随着Be元素含量的进一步增加,基体中出现BCC相和金属间化合物。Be的添加使得(Co Cr Fe Ni)1-xBex高熵合金的屈服强度及显微硬度均大大提高,同时密度降低。结论 根据相形成规律设计的(Co Cr Fe Ni)1-xBex系列高熵合金表明,适量添加Be元素可以改善CoCrFeNi高熵合金的综合物理力学性能。     

纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜力学性能及其热稳定性

目的研究高熵合金薄膜的形貌、结构、力学性能和热稳定性,并探究其潜在的应用价值。方法选取不同厚度的纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜作为研究对象,通过直流磁控溅射制备薄膜样品,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)进行薄膜形貌观测,利用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射(XRD),对薄膜成分和结构进行分析,采用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)观测内部结构,利用纳米压痕仪和真空退火炉进行力学性能和热稳定性的检测。结果 NbMoTaW高熵合金薄膜为单相BCC结构,表面形貌和晶粒尺寸随薄膜厚度的变化而变化,随着薄膜厚度的减小,其硬度先增加后减小,在膜厚为250 nm时出现最大值(16.0 GPa)。薄膜经过800℃、2 h的真空退火后,晶粒尺寸没有明显长大,同时硬度也没有明显下降,呈现出良好的热稳定性。结论成功制备出热稳定性优异的纳米晶NbMoTaW难熔高熵合金薄膜,并通过调控薄膜的厚度来改变晶粒尺寸,从而研究高熵合金薄膜结构与性能之间的联系。     

FeCrMnNiTix高熵合金在NaCl溶液中的腐蚀行为研究

将Fe,Cr,Mn,Ni和Ti 5种金属纳米粉体经行星式球磨机混合后,采用真空熔铸法制备FeCrMnNiTi,FeCrMnNiTi_0.5,FeCrMnNi 3种高熵合金。为研究这3种合金在NaCl溶液中的腐蚀行为,运用电化学工作站测定3种合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的开路电位、极化曲线和交流阻抗,利用金相显微镜和扫描电镜对腐蚀后的合金进行微观组织观察。电化学测试结果表明:当FeCrMnNiTi合金的自腐蚀电位为-0.301 V时,FeCrMnNiTi_0.5合金的自腐蚀电位为-0.443 V;腐蚀产物形貌观察表明:FeCrMnNiTi_0.5以晶界腐蚀为主,另外2种合金以点蚀为主。由此得出结论:FeCrMnNiTi耐蚀性最好,FeCrMnNiTi_0.5耐蚀性最差;加入Ti可能造成了合金晶格畸变。