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。     

退火温度对CoCrCu0.5FeTi0.5Alx高熵合金微观组织与耐腐蚀性能的影响

为了研究不同退火温度对CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金性能的影响,通过真空电弧熔炼CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金并使用真空管式炉进行600,800,1 000℃退火实验。使用XRD测试合金的晶体结构,采用SEM观察合金微观组织,利用维氏显微硬度计和电化学工作站测试高熵合金的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,退火后的高熵合金出现新的Laves相,合金相主要由FCC、BCC和Laves相混合组成。在CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.4、0.8)高熵合金中,x=0.4的硬度在600℃退火状态下达到最大值为883.15HV。1 000℃退火下的CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_0.4耐腐蚀性能达到最优,腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为-0.396 V和6.800×1...     

铁基软磁非晶合金和块状金属玻璃的研究进展

为了研发新型软磁材料,铁基非晶合金带材、铁基块状金属玻璃和铁基纳米晶材料等非晶态合金材料被给予了深度关注和广泛研究。近些年,人们在铁基非晶态合金材料中获得了高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率和低铁芯损耗,使之展现出优越的软磁性能,并且已经有商业化成果问世。介绍了铁基软磁非晶合金和块状金属玻璃的发展概况、归纳了一些最新的研究成果,并展望了其发展趋势。     

高熵非晶合金设计、制备及性能的研究进展

高熵非晶合金是一种新兴的合金材料,兼具高熵合金成分特征与非晶合金结构特征,因具有优异的机械物理性能与巨大的应用潜力而受到了广泛的关注.目前高熵非晶合金的研究处于起步阶段,本文介绍了高熵非晶合金成分设计的基本依据,着重分析了高熵非晶合金的关键物理参量(混合熵△Smix、混合焓△Hmix、原子错配度δ)等对高熵非晶材料组织结构的影响.当前已开发的高熵非晶合金材料体系有限,制备方法继承了非晶合金与高熵合金的制备特征,其制备手段大致可以分为:液相法、气相法以及固相法.由于其优异的热力学性能,高熵非晶合金有望通过热喷涂手段突破尺寸限制,实现大规模应用.高熵非晶合金性能的研究主要集中在力学性能、耐腐蚀性能、磁性能、非晶形成能力与热稳定性等方面.其中高熵效应对非晶形成能力的影响、高熵非晶合金的结构与热力学特性及高熵非晶合金的异常热稳定性等科学问题亟待解决.本文还展望了基于材料基因工程理念的高熵非晶合金材料体系研究及该类材料的应用前景.     

MnNiCoCrFe多孔高熵合金的电催化析氧性能

用化学腐蚀方法制备出3D多孔自支撑型Mn₅₀Fe_12.5Co_12.5Ni_12.5Cr_12.5高熵合金。电化学测试结果表明，将这种高熵合金放入1 mol/L KOH的碱性溶液中，电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为281 mV,Tafel斜率为63 mV/dec,表明其电催化性能优于商业RuO₂的性能。在电流密度为50 mA·cm^-2的条件下连续工作50 h，工作电压没有明显的升高，表明这种富锰高熵电催化电极材料具有优异的析氧稳定性。电化学阻抗谱表明，这种自支撑型结构的块体高熵合金催化剂具有出色的导电性，与负载型催化剂相比其电子转移能力显著提高。     

真空熔炼多组元Cu_xAlFeNiCrTi高熵合金的显微组织和性能

多组元高熵合金是一种具有五种以上组元的新型合金。通过真空电弧熔炼炉熔铸得到了不同铜含量的高熵合金Cu_xAlFeNiCrTi(x=1和0.5),再通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜以及显微硬度计分析了高熵合金的显微组织、结构、硬度和耐腐蚀性能等。结果表明:高熵合金具有简单的相结构,合金硬度在800 HV以上,耐碱腐蚀性能优于耐酸腐蚀性能;随着铜元素含量的减少,合金结构由体心立方+面心立方结构变为体心立方结构,合金硬度增加,耐腐蚀性能提高。     

高熵合金功能特性研究进展

传统合金大多以一种主元为基础,通过添加少量或微量特定元素形成不同类型的合金来改善材料的综合性能,但这显然限制了它们新性能的发展.因此,必须开发非常规合金以满足日益增长的需求.高熵合金(High-entropy alloys,HEAs)是近年来发现的一种新型多组元金属材料,因具有独特的设计理念、组织结构以及优异的性能,其在短短数年内获得了大量科研工作者的关注.相较于传统合金注重于相图的边界(顶点、边缘)区域,HEAs则侧重于多组元相图靠近中心的区域,因此HEAs有着更加广阔的成分设计空间.与传统金属材料相比,高熵合金还展现出卓越的力学性能和良好的功能特性.当前关于HEAs的报道大都集中在成分设计规则以及材料的微观结构和力学性能方面,并在成分设计和变形机制等方面取得了显著进展,然而关于高熵合金功能性质的开发和理论的研究还十分有限.基于此,本文简要介绍了高熵合金的发展历程,系统总结了高熵合金的制备方法,分析了高熵合金耐蚀性能和耐磨性能的研究现状,并对其影响因素进行了重点讨论,还探讨了高熵合金在软磁、抗辐照、催化剂、生物医用材料等领域的发展现状,最后对高熵合金当前的研究难点和未来发展进行了探讨和展望,以期为研究人员开展功能HEAs的研究提供参考.     

石墨烯锌粉涂层的性能研究及其在雷达防护中的应用

为提升雷达恶劣海洋环境适应性,对TP-GEP-1石墨烯锌粉涂料进行了性能研究,发现其锌含量明显低于富锌涂料,自腐蚀电位明显低于Q345钢,利用TP-GEP-1和TH06-36环氧中间漆以及TS96-61含氟聚氨酯面漆按GB/T 30790.5标准的要求组成涂层系统,按GB/T 30790.6和GJB 150测试了涂层系统的耐腐蚀性能和耐温度应力性能,并进行了西沙自然环境暴晒.结果 表明:涂层系统具有优异的耐腐蚀性能和耐温度应力性能,能满足雷达在恶劣海洋环境条件下的耐久性要求.由于其耐腐蚀性能优异,施工工艺简单,便于质量控制,已逐步批量应用于国产雷达装备,有效提升了雷达在恶劣海洋环境中的防护性能.     

高性能软磁合金的研究进展EI北大核心CSCD

软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料,近年来,随着磁性元件的日益高频化和小型化,以及节能环保的号召,开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史,重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围,并总结出不同软磁合金的优、缺点;指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用,进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制,发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键,并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展;最后,展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化,更有利于实现对合金性能的调控,并有望作为新一代高温软磁体材料。     

高熵合金抗氧化性能研究现状及展望

高熵合金作为一种新型的合金体系表现出良好的力学性能及其他功能特性,在近十几年的发展中出现了一系列力学性能优异的合金体系。3d过渡元素高熵合金即使在低温(77K)下也具有良好的断裂韧性,难熔高熵合金在高温下具有远高于高温合金的强度,轻质高熵合金具有极高的比强度。另外,相比于传统合金,高熵合金还具有更多的成分、结构设计空间。而在实际的工业应用中,不仅需要讨论材料的力学性能,也需要注意材料的耐环境性能,尤其是抗氧化性。近年来,研究者们也意识到高温条件下快速氧化限制了高熵合金的高温应用性。合金元素的添加及其含量是影响高熵合金抗氧化性及应用的关键因素。通过添加适量的抗氧化组元来提高传统合金及高熵合金的抗氧化性是目前研究的主要方法。目前已经出现了一些兼具优良高温力学性能和抗氧化性的合金体系,如AlCrMoTi-M体系,其中AlCrMoNbTi在1000℃时不仅具备良好的力学性能,还具有优异的抗氧化性能。研究证实在合金中添加Al和Cr元素能够有效地提升高熵合金的抗氧化性能,另外通过形成一些复合氧化物也能为合金提供较好的保护。然而,研究者也发现一些元素的组合将会降低材料抗氧化性能,如含Al合金中添加Ti,含Cr合金中添加Nb都会使本应形成的保护膜失效。本文介绍了高熵合金基本的氧化行为,总结了目前相关报道的高熵合金中Al、Cr、Si等关键合金元素和其他常用元素对高熵合金抗氧化性能的影响。通过对目前的数据分析,为平衡高熵合金力学性能与抗氧化性能、腐蚀性能等综合性能的设计提供参考,为高熵合金的工业应用提供思路。     

FCC/L1_2共格高熵高温合金的研究进展

高温合金是航空航天、能源等领域的高端装备核心热部件的关键材料。多年来,研究人员通过微合金化和先进制造工艺等方法,不断提升传统高温合金的性能,但由于受到合金主元的熔点限制,当前先进高温合金的性能已接近其极限。自2004年以来,高熵合金作为一种新型的合金体系表现出优异的综合性能,得到了广泛关注。高熵合金包含多种主元,在性能上的鸡尾酒效应可以融合各个主元的特点,突破了单一主元对合金性能的限制。随着对材料性能需求的不断提高,高熵合金也不仅限于单相固溶体,近年来也开发了大量第二相强化的高熵合金。其中,高熵高温合金结合了高熵合金多主元设计思想和传统高温合金共格析出的结构特点,表现出稳定的FCC/L12相结构和优异的高温性能,为新型高温结构材料的开发提供了希望。然而,高熵高温合金的相形成规律缺乏可靠的理论,强化和变形机理缺乏系统研究。此外,高温材料在环境中的表面稳定性是在工程应用中衡量材料性能的重要指标,而相关研究较少。近年来,研究人员基于已有的合金设计经验和计算机模拟方法,开发了一系列高熵高温合金,通过添加多种合金化元素不断提高材料的高温性能,研究了L12相的析出形貌和热稳定性、FCC/L12间的晶格错配度等对高温强度、蠕变性能的影响,并且对一些综合性能优异的高熵高温合金进行了高温氧化和热腐蚀测试,推进了高温高熵合金的工业化应用。本文归纳了高熵高温合金的研究进展,分别对相形成规律、力学性能、高温氧化和热腐蚀等进行了简单介绍,分析了变形机制、氧化和热腐蚀机理,指明了未来高熵高温合金的发展方向,以期为高熵高温合金的研发和工程应用提供一定的参考。     

协同提高新型轻质Ti2VZrNb0.5Al0.5高熵合金抗氧化性能与力学性能(英文)

提高抗氧化性能是难熔高熵合金高温应用的首要要求.本研究中,我们将Al代替50%Nb添加到Ti₂VZrNb难熔高熵合金中,以提高其抗氧化性能与力学性能.结果表明,相比于Ti₂VZrNb合金, Ti₂VZrNb_0.5-Al_0.5合金的抗氧化性得到了显著提升,这是由于在合金表面形成了连续的Al₂O₃+ZrO₂氧化层保护膜.同时, Ti₂VZrNb_0.5Al_0.5合金室温屈服强度高达1273 MPa,相比于Ti₂VZrNb合金强度提升66%.结构表征说明, Ti₂VZrNb_0.5Al_0.5合金强度提升得益于其较大的固溶强化效果.较轻元素Al的添加使得该合金具有较低的密度(5.44 g cm^-3),相比于Ti₂VZrNb合金密度...     

难熔高熵合金研究进展

高熵合金是近年来的新兴领域,与传统合金不同,其一般是由五种或者五种以上主要元素组成,每种主元的含量在5%~35%(原子分数)之间,多种元素混乱排列却拥有简单的相结构,高熵合金的优点显著,发展空间巨大。以难熔金属元素为基础的难熔高熵合金近年来大受关注,含有3种及以上的难熔金属组成的高熵合金称为难熔高熵合金,由于难熔金属的熔点均较高,因此难熔高熵合金表现出了较好的高温力学性能和高温抗氧化性能以及耐腐蚀性能,受到大众欢迎,有望取代传统的高温合金。详细的阐述了难熔高熵合金的制备方法、相结构、力学性能、抗氧化性能与耐腐蚀性能,最后对难熔高熵合金的发展进行了展望。     

MoNiZrTiHf高熵合金在冰晶石熔盐中的腐蚀性能

采用真空电弧熔炼法制备MoNiZrTiHf高熵合金,研究其在960℃下冰晶石熔盐中的腐蚀性能。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腐蚀层的形貌、成分和组织结构。结果表明:MoNiZrTiHf高熵合金在冰晶石熔盐中的腐蚀速率随时间的延长先快后慢再加快。熔盐的NaF与AlF3的分子比影响合金腐蚀性能,合金在分子比为1.8的熔盐中表现出更好的耐腐蚀性能。腐蚀过程主要为氟离子向合金内部渗透后开裂,并加速O、Al、Na等元素向合金内部扩散并且腐蚀层疏松而后脱落,表层的腐蚀产物主要为Zr、Hf的氧化物;腐蚀层中间层的产物主要为金属间化合物及金属氧氟化物。     

软磁材料在电工仪表中的应用

本文介绍了金属软磁材料随着电器工业的发展而发展的概况及其磁性能不断提高的过程等情况,阐述了软磁材料,包括坡莫合金、冷轧硅钢片,热轧硅钢片以及电工纯铁在仪表上应用的结构原理,并例举特定型号的产品加以说明。文中着重说明根据不同的软磁材料的化学成分所采用的具体热处理工艺规范及其磁性能的要求。并列举了若干在仪表上采用不同软磁材料的零件名称。最后对改善热处理工艺以提     

AlxCrFeNi3Ti0.3高熵合金的微观组织、力学和摩擦学性能研究

为给Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金在摩擦磨损领域的应用提供技术支撑和理论支持，利用电弧熔炼技术制备了Al_xCrFeNi₃Ti_0.3高熵合金，通过X射线衍射仪、维氏硬度计、摩擦试验机、万能试验机、三维轮廊仪、扫描电镜等研究了不同Al含量对高熵合金组织、力学与摩擦学性能的影响。结果表明：Al的加入使高熵合金由单一的FCC相转变为FCC和BCC两相共存，且两相均呈现出树枝晶结构。随着Al含量的增加，合金的密度降低，但合金的硬度、屈服强度和抗压强度显著增大，表现出优异的综合力学性能。Al的加入显著改善了高熵合金的耐磨性能，其中Al_1.2CrFeNi₃Ti_0.3高熵合金的室温耐磨性能较不含Al的高熵合金提高了约8倍，且合金的磨损机制由磨粒磨损转变为氧化磨损。其强度和硬度的提高以及磨损表面硬质氧化层的形成是合金耐磨性能改善的主要原因。     

增材制造高熵合金研究进展

高熵合金(High-entropy alloys, HEA)由于具有优异的力学性能、抗高温氧化性能、耐腐蚀性能等优点,受到了越来越多学者的关注。目前高熵合金的制备一般采用传统的铸锻轧,这对于制备一些形状复杂的高端零部件和超细晶组织是一种严峻的挑战,而采用增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术是解决上述问题的一个有效途径。重点阐述了国内外近年来在高熵合金增材制造材料种类、快速凝固非平衡组织演化、裂纹等成形缺陷、力学性能及成形特征方面的研究进展,为增材制造高熵合金进一步发展提供一定参考。最后,对增材制造高熵合金的研究进展进行了总结,并对增材制造高熵合金成分的设计提供了一定的思路。     

具有BCC或FCC晶体结构的固溶体高熵合金设计

高熵合金最初报道于21世纪初期,该类合金具有较高的混合熵值,使其具有优异的热稳定性;较大的晶格畸变,产生了强烈固溶强化效果;较大的负焓值导致在晶粒内部形成团簇结构,有效阻碍了位错运动,进一步提高了合金强度。高熵合金独有的这些特性,使其在低温和高温条件下均有望表现出优异的物理性能和力学性能,引起了广泛的关注,研究报道呈爆发性增长。本文根据已有的BCC和FCC结构高熵合金物理-力学性能数据,分析了电子浓度、晶格常数、原子错配度、混合焓、硬度、弹性模量和归一化硬度等参数之间的关系,提出了BCC和FCC晶体结构的高熵合金弹性模量和硬度的经验计算公式,在此基础之上,综合考虑合金密度、塑性和服役工况等条件,提出了BCC和FCC结构的高熵合金成分设计方法。最后指出高熵合金的持久性能、大尺寸铸锭的成分和性能均匀性以及大尺寸合金锭的制备是高熵合金工程应用需解决的关键问题。     

高熵合金:面向聚变堆抗辐照损伤的新型候选材料

随着核聚变技术的发展,材料的辐照损伤作为制约其发展的重要问题越来越受到人们的关注。材料在聚变堆服役时面临着高温、高密度等离子体溅射、腐蚀、中子辐照等一系列极端工况,这就要求材料具备良好的力学性能、抗中子辐照能力、抗等离子体溅射能力、耐腐蚀等诸多特性。近年来,高熵合金作为一种面向聚变堆抗辐照损伤的新型候选材料逐渐发展起来,其抗辐照损伤能力的评估以及辐照损伤机理都值得深入研究。高熵合金是一种新的合金设计理念,可通过多主元合金自身较高的熵值和原子不易扩散的特性获得热稳定性高的固溶相。高熵合金具有区别于传统合金的特性,包括高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及性能上的"鸡尾酒"效应,这些特性使高熵合金具有高的强度和硬度、耐腐蚀性能、抗高温软化性能、良好的软磁性能等优势。目前高熵合金的辐照损伤研究主要通过离子辐照进行,集中在位错环演化、氦泡演化以及相稳定性的研究等方面。研究发现,离子辐照后高熵合金中的位错环、氦泡的尺寸被显著减小,这归因于高熵合金基体本身存在较大的畸变,它们作为吸附空位、氦原子等缺陷的阱缓解了辐照损伤。另外,目前针对聚变堆的高温工况,开发了以V、Hf、Ta、W等高熔点元素为主元的抗辐照难熔高熵合金体系。本文对高熵合金辐照损伤行为的研究现状与进展进行了归纳与梳理,包括高熵合金离子辐照下位错环和氦泡的演化规律、高熵合金离子辐照下基体及析出物的相稳定性、高熵合金在中子辐照下的辐照行为等,并介绍了面向聚变堆的抗辐照难熔高熵合金体系的开发与研究进展。最后对未来的研究方向进行了展望,以期为面向聚变堆的抗辐照高熵合金的开发提供参考。     

激光选区熔化技术制备高熵合金的研究进展（英文）

高熵合金的多组分特性使其具有许多传统合金无法比拟的优异性能.然而,高熵合金传统的制备方法仍存在一定的局限性.激光选区熔化(SLM)技术可以通过逐层沉积的方式实现复杂零件的精密成形.将SLM技术与高熵合金相结合,可以充分发挥高熵合金的性能优势.本文综述了SLM制备的高熵合金的显微结构和性能特征.由于SLM工艺存在高温梯度和高冷却速率,所以在SLM制备的高熵合金中通常会形成复杂的微观结构,包括胞状亚结构、析出相、层错和纳米孪晶.此外,独特的微观结构为高熵合金带来了优异的力学性能和其他功能,表明利用SLM技术制备高熵合金具有很大的发展潜力.此外,我们还简要介绍了SLM制备的高熵合金的微观缺陷及其应用.本文为高性能高熵合金的设计提供了有益的指导.