难熔高熵合金制备及性能研究进展EI北大核心CSCD

本文简述了难熔高熵合金的含义与特点,归纳了各类难熔高熵合金(块体、薄膜、涂层)的制备方法,重点阐述了难熔高熵合金的综合性能。建议通过构建专门的难熔高熵合金数据库优化成分设计,并着重于不同制备方法的工艺性研究。针对目前难熔高熵合金存在室温脆性大、密度大、成本高等不足,提出可根据所需难熔高熵合金的性能而选择不同的制备方法,以便未来工业化应用。     

难熔高熵合金的研究进展及应用

高熵合金不同于传统工程合金,是由多种元素以等摩尔或近等摩尔的比例混合,形成的以简单固溶体结构为基体的系列成分复杂合金。其中含高熔点元素的难熔高熵合金具有较高的高温强度和优异的高温抗氧化性能及耐蚀性能等突出特点,其潜在的高温应用价值引起了广泛关注。详细阐述了难熔高熵合金的研究现状及应用,根据晶体结构类型将难熔合金体系进行了分类,并对各类体系中的微观组织特征进行了概述;进而归纳总结了难熔高熵合金的各种性能,包括高强度、耐磨性、高温抗氧化性、耐蚀性能等;最后对难熔高熵合金的发展及应用前景进行了展望。     

难熔高熵合金的研究进展

高熵合金(HEAs),又称为多主元固溶体合金,其因独特的合金设计理念和优异的综合性能而引起国内外研究人员的普遍关注,逐渐成为金属材料领域的研究热点.难熔高熵合金(RHEAs)是基于难熔元素的高熵合金而设计开发的一种新型高温合金,与传统的高温合金相比,RHEAs具有更高的高温强度、高温抗氧化性能及高温相稳定性,在航空航天、石油化工等领域具有广阔的应用前景,自2010年被提出以来,已成为高熵合金研究领域的一个重要分支.迄今为止,学者们主要将第4、5、6周期及第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族的9种元素(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W)以及Al、C、Co、Ni等附加元素作为难熔高熵合金的主元,形成了复杂多样的合金体系.已报道的合金体系有100多种,这些合金的相结构从单相BCC结构到BCC1+BCC2、BCC+Laves等两相再到多相结构,呈现出结构多样性,组织有枝晶、等轴晶以及共晶组织或形变孪晶组织等,由此得到的性能也各有所长.RHEAs的制备最先采用熔炼法,包括电弧熔炼和感应熔炼,要求在高纯保护气体下进行多次重熔.近年来也有研究采用粉末冶金法制备RHEAs,获得了颗粒尺寸细、成分较均匀的合金.此外,激光熔覆法、磁控溅射等也被引入到RHEAs的材料或涂层制备.可见,RHEAs在成分设计、制备工艺、相结构与微观组织、室温及高温性能等方面的研究正不断取得新的进展.本文综述了近年来国内外RHEAs的研究现状,就其主元组成、相结构和制备方法进行了系统的介绍,并归纳了包括密度和强塑性、高温抗氧化性以及耐磨耐蚀性等性能的演变规律,最后指出了RHEAs面临的挑战并提出未来研究重点的建议.     

多主元难熔高熵合金的研究进展

近年来,高熵合金(HEAs)因其新颖的设计理念和优异的综合力学性能成为了新材料领域的研究热点之一。作为HEAs一个重要分支的难熔高熵合金（RHEAs）由于将高熔点难熔元素作为主要合金成分而具有优异的高温抗软化性能。难熔高熵合金在高温下具有良好的相稳定性,有望成为新型高温结构材料。相比于传统的高温合金,难熔高熵合金的成分范围更广,密度区间更大,抗氧化性也更好。在过去的十余年中,难熔高熵合金的研究已经取得了很大进展。许多合金和合金体系都已经进行了广泛的测试和表征,包括力学性能和氧化行为等方面,有关固溶强化、变形机制和氧化行为的新模型也正在出现并不断完善。计算机构建模型和模拟计算也逐渐应用于难熔高熵合金的研究,促进了难熔高熵合金的开发和发展。主要介绍了难熔高熵合金的成分设计,对比分析了其制备工艺和相组成,并讨论了其室温和高温时的力学性能及高温抗氧化性。最后总结了难熔高熵合金研究目前存在的问题和瓶颈,并对未来研究方向提出了建议。     

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。     

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...     

粉末冶金TiVNbTa难熔高熵合金的组织和力学性能

将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)相结合制备了难熔TiVNbTa高熵合金,研究了这种合金的机械合金化过程、相组成和显微组织,以及烧结温度和O、N含量对其力学性能的影响。结果表明:机械合金化后高熵合金粉末为BCC结构,放电等离子烧结成的块体高熵合金由BCC基体和FCC析出相组成,其析出相为TiN+TiC+TiO的复合物。烧结温度为1100℃的高熵合金具有良好的综合力学性能,压缩屈服强度达到1506.3 MPa,塑性应变为33.2%。随着烧结温度的提高,合金发生了从准脆性到塑性再到脆性断裂的转变。O和N含量的提高对高熵合金强度的影响较小,但是使其塑性显著降低。     

MoNbTaTiW难熔高熵合金表面硅化物涂层的制备与抗氧化机理

解决难熔高熵合金在高温下的抗氧化问题是其应用于工程的前提,在难熔金属表面制备抗氧化涂层是提高其抗氧化性能的有效途径。采用料浆熔烧法在MoNbTaTiW难熔高熵合金表面制备复杂硅化物抗氧化涂层（Si-20Cr-20Fe）,利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等研究原始硅化物涂层及其在1 300℃氧化后的显微结构、物相和成分,探讨Si, Fe, Cr在涂层中的扩散规律和涂层的抗氧化机理。结果显示：熔烧后的原始硅化物涂层由金属与硅反应生成的二硅化物、5/3硅化物和三元硅化物Cr₄Nb₂Si₅组成,硅化物涂层与基体之间形成了良好的扩散反应界面。1 300℃氧化后,Si, Fe, Cr 3种元素向基体扩散,扩散反应界面向基体方向移动,涂层厚度增加,扩散反应界面的结构与成分与原始复杂硅化物涂层的无显著差别。氧化后涂层表面形成了由CrNbO₄,SiO₂,WO₃和Fe₂SiO₄组成的无裂纹致密氧化物层,...     

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。     

几种AlCrNbTiVSi高熵合金的微观组织研究

利用真空非自耗电弧炉熔炼了AlCrNbTiV等物质的量高熵合金铸锭、AlCrNb2Ti2V0.5非等物质的量高熵合金和AlCrNb5TiVSi六元合金。分别对这3种合金进行了OM、XRD、SEM和EDS分析;研究了合金中的物相组成、微观组织和成分分布规律。实验结果表明,AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金都只形成了BCC结构高熵固溶相,且未产生金属间化合物相。而AlCrNb5TiVSi合金尽管配位熵很高,但由于Si的电负性,生成了离散分布的Nb5Si3金属间化合物。对AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金在单个晶粒中的成分分布进行分析,发现在高熵效应作用下,合金各元素含量波动较小,平均偏差均小于2%(原子分数),但两种合金元素含量存在微弱的变化趋势,如Nb在晶粒中心的含量比晶粒边缘略高,而另一些元素如Cr则恰好相反,表明在凝固和形核过程中仍然不可忽略元素熔点和原子半径效应。     

激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层具有的良好热稳定性、耐高温性能使其成为高温涂层科学领域一个新的研究热点。激光熔覆技术制备高熵合金涂层的方法是获得其优越性能的制备方法之一。本文主要从涂层成分设计、组织结构、退火工艺与性能、耐高温氧化性能以及其他性能等方面综述了激光熔覆技术制备高熵合金涂层的最新研究成果,分析了当前激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题,提出了应从组元设计、基础理论、性能规律及加工工艺等方面完善科学研究体系,以期制备出性能优异的高熵合金涂层。     

Microstructure and properties of laser clad high-entropy alloy coating on aluminium

An AlCrFeNiCuCo high-entropy alloy (HEA) coating was synthesised on an aluminium substrate by laser cladding. Samples were characterised using an optical microscope, X-ray diffraction, scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy, a microhardness tester, and an electrochemical workstation. The results showed that the interface between the cladding layer and matrix was sound, while the HEA coating consisted of BCC and FCC solid solutions and an Al-rich phase resulting from substrate dilution. The microstructure of the clad layer comprised both columnar and equiaxed grains. The average microhardness of the coating was 550 HV_0.2, and it exhibited better corrosion resistance than the aluminium matrix in a 1?mol?L^?1 H₂SO₄ solution. The typical corrosion characteristic of the coating was pitting and localised corrosion.     

铝及铝合金表面处理研究进展

铝合金耐磨性差、特殊条件下耐蚀性差的缺点限制了它的进一步利用,对铝合金进行表面处理长期以来一直是扩大铝合金使用范围地行之有效的方法.文章综述了铝合金的各种表面处理方法,比较了它们的优缺点,指出表面氧化是铝合金表面处理的主流,复合处理、纳米化处理将是今后铝合金表面处理的主要研究方向.     

高熵非晶合金耐腐蚀性能研究进展

高熵非晶合金是近年来发展起来的一种新型合金材料,因其兼具高熵合金和非晶合金优异的力学性能、耐腐蚀性能、磁性能等功能特性,引发了众多学者的广泛关注。本文简述了高熵非晶合金的含义与特点,介绍了高熵非晶材料的制备方法及组织与性能;归纳了该类材料的耐蚀机理与耐腐蚀性能的最新研究成果;展望了采用机器学习助力设计高熵非晶合金的新范式,并指出探究工况环境下的腐蚀失效机制、完善高熵非晶合金微观耐蚀机理与优化相关制备工艺是该材料广泛应用的前提条件。针对高熵非晶合金的开发及其耐腐蚀性开展的应用基础研究,将为我国海洋事业的“远洋化、深海化”提供先进的技术支撑和材料保障。     

Al-Zn-Mg系铝合金的微合金化研究进展EI北大核心CSCD

Al-Zn-Mg系铝合金作为一种轻质高强合金在航空航天和交通等领域有着重要的应用。获得更高的力学性能以及更优的耐腐蚀性能是Al-Zn-Mg系合金的发展方向,因此需要进一步优化其微观组织。在合金成分和热处理制度调控空间有限的情况下,微合金化成为该合金性能改善的一种重要手段。本文简要总结了微合金化元素对Al-Zn-Mg系铝合金力学性能、热加工行为及耐腐蚀性能的影响,重点关注了微合金化元素在不同工艺阶段下形成的第二相颗粒能有效细化晶粒并强烈阻碍位错运动;讨论了热加工变形过程中钉扎晶界及亚晶界、抑制回复再结晶的作用;阐述了提高合金耐腐蚀性能方法的内在机理。最后对Al-Zn-Mg系铝合金微合金化的研究方向进行展望,深入理解微合金化元素间、主微合金元素间的相互作用机理,实现微合金化元素的精准、精确投放将是未来主要的研究内容之一。明确微合金化元素在热加工过程中对变形组织及位错组态的调控作用将对提高合金耐腐蚀性能提供借鉴。     

Ni60Nb(20-x)TaxTi15Zr5系列非晶合金性能研究

采用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热分析(DSC)、显微硬度测量、四点探针测量电阻法和动态极化曲线法,研究了Ni60Nb(20-x)TaxTi15Zr5 系列非晶合金的结构、热稳定性、力学性能、导电性和耐腐蚀性能.研究表明随着Ta含量的增加,合金的热稳定性、力学性能、耐腐蚀性能变好,对导电性影响不大.当Ta完全代替Nb时性能最优,具有宽过冷液相区(67K),很高的显微硬度(1100HV)和电阻率(220μΩ·cm),很低的钝化电流密度(0.01A/m2).     

Recent progress in porous TiNb-based alloys for biomedical implant applications

ABSTRACT

Porous TiNb-based alloys have attracted considerable attention in the medical field of orthopedic applications because of excellent biocompatibility, porous architecture, appropriate mechanical property, etc. The literature reviews the current progress of fabrication methods, porous structure, mechanical properties, corrosion resistance, bioactive hydroxyapatite surface modification, in vitro and in vivo biocompatibility of porous TiNb-based alloy. Moreover, future research directions are pointed out to expand its possible biomedical applications.