难熔高熵合金性能调控与增材制造EI北大核心CSCD

难熔高熵合金(refractory high-entropy alloys, RHEAs)通过添加多种难熔元素形成等原子比或近等原子比的多主元合金,具有简单的相结构和优异的高温性能,在高温合金领域具有极为广阔的应用前景。本文以难熔高熵合金的性能特点与制备工艺为基础,从合金制备与成形面临的挑战出发,综述了难熔高熵合金的性能调控方法与研究进展,介绍了增材制造难熔高熵合金实现的突破与面临的困境,对难熔高熵合金的成分设计及优化、材料制备与加工、增材制造成形进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议:通过调控相结构和相界面克服难熔高熵合金的强韧制约;结合传统强韧化理论与难熔高熵合金自身性能特点进行材料设计;借助增材制造技术的工艺特征促进难熔高熵合金的形性调控;探究难熔高熵合金在高温及多场耦合环境下的使役性能与失效机制。     

TNM变形钛铝合金研究进展

TiAl金属间化合物由于具有低密度、优异的高温强度以及高温蠕变抗力,在航空航天及汽车领域具有广阔的应用前景。但是,传统TiAl合金在热加工、成形等方面对设备有较为苛刻的要求,阻碍了其在工业应用中的进一步发展。为此,通过采用合金设计的手段,以提升整体加工性能为目标,成功设计并筛选得到了β凝固的名义成分为Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B(原子百分数,%)的TNM合金,是目前较为理想的变形TiAl合金。该合金不仅具有优良的加工性能,并且兼顾强度、塑性、断裂韧性和抗蠕变性能等各个方面的性能目标。简要总结了TNM合金的设计理念、组织演变规律、微合金化进程、热处理工艺、室温高及温性能,以及实际应用等方面的研究进展,并对TNM合金未来的发展进行了展望。     

高温合金热处理工艺研究进展

高温合金是一类在高温及一定应力条件下长期工作的高温金属材料,具有良好的综合性能,被广泛地应用于航空航天等领域。适当的热处理工艺通过改变合金的微观组织来提升其性能。总结了近几年高温合金热处理工艺的研究进展,详细论述了变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金的热处理工艺及热处理对其组织和性能的影响,并阐述了高温合金热处理工艺的发展趋势。     

稀土Mg-Gd系合金的研究现状与展望

Mg-Gd系镁合金因满足航空航天材料轻量化、高温强度的要求而受到极大关注。简述了稀土Mg-Gd系合金的研究现状。从合金氧化夹杂、流动性能、Gd在合金中的偏析以及合金的热裂性等方面阐述了浇铸法制备Mg-Gd系合金的铸造性能。通过统计比较了近年来在Mg-Gd基础上设计出的合金在不同状态下的强度、塑性数据。阐述了合金在低温、室温下的强度与抗蠕变性能、高温压缩性能和短时强度等高温力学性能及各自的断裂机制。最后,叙述了该合金系的耐腐蚀性能,并展望了该合金系的研究前景。     

d电子合金理论及其在合金设计中的应用

本文介绍了近年来发展起来的d-电子合金理论及其在合金设计中的应用。该理论以分子轨道计算为基础,导出表征合金元素电子结构的基本参数后,对合金的各种行为加以合理描述。是迄今为止少数几种可用于指导实用型合金设计的理论之一。可根据实际要求设计各种具有特殊性能的合金。     

高熵合金在钎焊和表面工程领域的应用研究进展

随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化,高熵合金逐渐引起极大的关注.目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向.在钎焊领域,高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊,本文归纳了合金高熵化的相关经验参数,阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用;详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展.同时,分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响.在表面工程领域,论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段,总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展.同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题,而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平.     

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。     

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。     

新型高温合金的液相连接

简要介绍了粉末冶金高温合金,定向凝固高温合金,单晶合金,镍铝系金属间化合物结构材料等新型高温合金钎焊和过渡液相扩散焊领域的发展现状,主要包括其钎料或中间层合金,连接方法及工艺和接头的高温持久性能。     

铱的合金化改性研究现状

铱具有极高的熔点、优异的高温强度以及极佳的抗氧渗透性能,通过合金化改性得到的二元铱合金的综合性能较纯铱已有显著提升。不同二元铱合金体系具有突出的高温抗氧化性能、高温力学性能或抗电弧烧损性能,被应用于高温抗氧化材料、高温结构材料、贵金属电接触材料等领域。为进一步提升性能、降低成本,在二元铱合金基础上发展出的多元铱合金充分发挥出添加元素的晶粒细化强化、弥散强化、阻挡保护等作用,展现出令人满意的成果,极具发展潜力和可设计性。     

新型钴基高温合金成分设计的研究进展

传统钴基高温合金的强化机制为固溶强化和碳化物强化,弱于有序γ′相沉淀强化的镍基高温合金的强化效果,日本学者发现了有序γ′相强化的Co-Al-W系新型钴基高温合金,其强化效果明显优于传统钴基高温合金。由于新型钴基高温合金具有较传统镍基高温合金更高的承温能力以及更加优异的高温抗蠕变性能和抗氧化性能,因此被认为是最具潜力的航空发动机热端材料之一,近年来得到迅速发展。基于国内外学者对新型钴基高温合金的研究成果,系统总结多种合金元素(如Ta, Ti, W和Nb等)对新型钴基高温合金组织和性能的影响。在组织方面,总结合金元素对合金相变温度、γ′相的体积分数及形态、γ′相的尺寸、γ/γ′两相晶格错配度和有害相的影响;在性能方面,总结合金元素对合金抗氧化性能、力学性能及抗蠕变性能的影响,以期为新型钴基高温合金的成分设计提供参考。最后对新型钴基高温合金成分的高效率设计进行展望。     

镍基高温合金增材制造研究进展EICSCD

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。     

低膨胀高温合金抗氧化性能预测的研究

通过测定六种不同成分的低膨胀高温合金氧化增重曲线,提出合金元素作用系数,利用分析得到的合金元素作用系数对实验合金的氧化增重进行预测计算,其结果与实验结果吻合得很好。利用合金元素作用系数的概念和本研究所提出的方法可对低膨胀高温合金的氧化增重提供预测计算,借此可减少研究低膨胀高温合金氧化特性的试验工作量,为今后低膨胀高温合金的发展打下了基础。     

镍基高温合金脱氧的研究

氧在高温合金中是作为有害杂质元素存在的,通常是疲劳裂纹的萌生地及扩展通道,从而影响高温合金的蠕变、持久强度等性能.本研究在现有条件下,确定了氧在镍基高温合金中存在主要形态为氧化铝夹杂,根据得到的实验数据分析和计算,初步研究了真空感应熔炼条件下碳和铝对镍基高温合金的脱氧机理, 实验中氧含量最低为0.0006%,达到了小于0.001%的目标值.     

微量镨对Al-5Mg组织及室温和高温力学性能的影响

通过显微组织分析、室温及高温力学性能测试、XRD和SEM分析等方法,研究了稀土Pr对Al_5 Mg合金的显微组织、凝固区间和室/高温力学性能的影响。实验结果表明,Al_5Mg合金中加入稀土Pr使合金凝固区间变窄,细化了合金组织;Pr的加入净化了合金组织,减少了合金组织杂质缺陷,提高了合金性能;Pr的加入对合金有固溶和强化相强化作用,β-Al_(11)Pr_3强化相具有较高的高温稳定性能,提高了合金的高温性能。     

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。     

高温合金熔炼工艺讨论

分析了高温合金所采用的各种冶炼方法,调研了几种主要冶炼方法的设备情况,讨论了其应用及发展动态,对比了国内外高温合金的熔炼数据,讨论了国内外粉末高温合金熔炼方法的差别,研究了我国粉末高温合金VIM+VAR双联工艺对锻件性能的影响。研究结果表明,为提高我国粉末高温合金纯净度,在着力改进高温合金熔炼工艺的基础上,应积极发展并提高双联及三联熔炼等新工艺。     

GH6159合金成分−组织−性能关联研究

目的 研究不同成分GH6159合金冷拉态和热处理态显微组织的变化情况,分析不同成分对合金室温和高温拉伸性能的影响规律,为GH6159合金成分优化与性能提升提供理论指导。方法 基于MP159合金成分,设计熔炼了4种不同成分的GH6159合金,经锻造开坯和热轧,进行了拉伸率为48%的冷拉变形和663 ℃/4 h的时效热处理,分别制成冷拉态和热处理态GH6159棒材,采用MTS 8810拉伸实验机进行室温和595 ℃的高温拉伸测试,获得了不同成分合金冷拉态和热处理态的室温和595 ℃高温拉伸性能,结合OLYMPUS−PM3光学显微镜和Tescan Mira 3 XMU扫描电子显微镜观察了显微组织的变化情况。结果 GH6159冷拉态棒材内存在大量的变形孪晶,热处理态组织内析出了弥散分布的强化相,合金拉伸性能主要受到基体元素和强化相元素的影响。结论 较高含量的Co、Cr、Ni基体元素有利于提高冷拉态GH6159合金的室温和高温拉伸强度,而Al、Ti、Nb强化相元素会提高热处理态GH6159合金的室温拉伸强度,但过高的Ti元素会降低合金强度,一定含量的Al、Ti、Nb元素有利于提高冷拉态和热处理态合金的高温塑性。     

TZM合金高温性能研究现状

TZM合金是目前广泛应用的一种高温钼合金,因其具有高熔点、抗腐蚀、力学性能优异等优点,广泛应用于军工、航天和高温结构件等领域。其主要通过元素的固溶强化、第二相强化和形变强化3种形式强化的作用,具有良好的室温塑性和高温性能。还重点介绍了TZM合金的高温性能,并对TZM合金的发展提出了看法。     

高温应用钼及钼合金表面改性研究进展

钼及钼合金因具有高熔点、高硬度、力学性能优异等优点,被广泛应用于军工、航空和航天等领域。但钼及钼合金在高温使用时存在抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能较差等缺陷,严重影响了钼及钼合金的高温使用性能。研究发现,通过表面改性能有效解决上述问题。首先提出了高温应用钼及钼合金表面改性涂层需满足的基本要求,系统地综述了改性涂层在改善高温应用钼及钼合金抗氧化、抗烧蚀和耐磨损性能方面的研究进展,介绍了常见改性涂层的制备方法,并指出了目前该研究领域存在的问题及今后的发展方向。