(Ti_(1/4)Zr_(1/4)V_(1/4)Nb_(1/4))Al_(x)高熵金属间化合物合金的组织结构研究

设计并用真空电弧熔炼法制备了五主元(Ti_(1/4)Zr_(1/4)V_(1/4)Nb_(1/4))Al_(x)高熵金属间化合物合金,研究了铸态及高温退火后合金的晶体结构、显微组织及硬度的变化。结果表明,(Ti_(1/4)Zr_(1/4)V_(1/4)Nb_(1/4))Al_(x)高熵金属间化合物合金以D0_(22)有序化合物结构为基体,夹杂少量的L1_(0)析出相。合金组织为树枝晶组织,由于枝晶相和枝晶间相的元素分布不同,使合金产生了相分离现象。(Ti_(1/4)Zr_(1/4)V_(1/4)Nb_(1/4))Al_(3.5)合金中L1_(0)相含量最少,并且在1300℃热处理后基本消失,合金转变为完全由有序的D0_(22)相组成。此合金在1400℃高温下仍能保持铸态的基体结构,没有析出其他相,表明此合金具有极好的高温热稳定性。

铸造中熵金属间化合物FeCoNi_(2)Al组织、力学性能及工艺性

为进一步推动中/高熵金属间化合物的工程化应用,以FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物为研究对象,制备了16 kg级大尺寸合金铸锭,细致研究和分析了铸态合金显微组织和力学性能,并采用熔模精密铸造技术浇注了特征结构元件,评价了合金的铸造工艺性能。结果表明,大尺寸FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物铸锭具有良好的成分均匀性,铸态合金由具有树枝状形貌的B2初生相和枝晶间具有片层结构的L1_(2)+B2相共晶组织构成,室温下铸态合金抗拉强度达1115 MPa,伸长率为4.6%,650℃下合金抗拉强度为434 MPa,伸长率可达14.6%,FeCoNi_(2)Al中熵金属间化合物熔体的流动性低于TC4合金,优于TiAl-4822合金。当特征结构元件壁厚为2 mm时,板状试样出现欠铸且内部存在大量缩松型铸造缺陷,熔体以端部固相质点聚集堵塞为主的方式停止流动。相关研究结果为中/高熵金属间化合物熔模精铸成形工艺优化和工程化应用奠定一定技术基础。

Nb-TiAl金属间化合物研究现状

论述了Nb-TiAl系金属间化合物在高温强度及抗氧化性方面已取得的进展。高熔点组元Nb提高了合金的熔点和有序温度.从而使合金的使用温度达到900℃以上。该体系合金显示出来的潜力具有代替Ni基合金的趋势。

高载量PtNi金属间化合物的氧还原电催化性能

采用改进的多元醇法制备了PtNi(原子比1∶1)质量分数为60%的高金属载量碳载PtNi合金(PtNi/C),通过在450℃下退火处理获得了碳载PtNi金属间化合物氧还原电催化剂.该催化剂对氧还原的质量比活性和面积比活性分别是商业化Pt/C(JMPt/C)催化剂的1.66和2.3倍;并且加速耐久性测试后PtNi金属间化合物催化剂的质量比活性仍与Pt/C的初始性能相当,耐久性得到了大幅提升.PtNi/C金属间化合物催化剂氧还原活性和稳定性的提高归因于PtNi的有序原子排布结构及催化剂表面零价金属含量的提高.

SmCo_(5)型中熵、高熵金属间化合物的结构与磁性

以SmCo_(5)为原型,设计了3种中熵金属间化合物(Sm_(1/3)Ce_(1/3)Pr_(1/3))Co_(5)、(Sm_(1/3)Ce_(1/3)Nd_(1/3))Co_(5)、(Sm_(1/3)Pr_(1/3)Nd_(1/3))Co_(5)和1种高熵金属间化合物(Sm_(1/4)Ce_(1/4)Pr_(1/4)Nd_(1/4))Co_(5),并采用原子半径差和混合焓预测了形成单相结构的可能性.应用真空电弧熔炼技术成功制备了4种金属间化合物.采用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和振动样品磁强计(VSM)表征了样品的物相、成分和磁学性能.结果表明:4种化合物均为单相,具有六方CaCu5结构,空间群为P6/mmm,稀土原子占据1a位置;稀土位置上的原子浓度为等原子比;化合物的室温磁化行为遵循Langevin模型,磁化强度依赖于化合物的成分;磁价模型计算证实了化合物(Sm_(1/3)Ce_(1/3)Pr_(1/3))Co_(5)、(Sm_(1/3)Ce_(1/3)Nd_(1/3))Co_(5)和(Sm_(1/4)Ce_(1/4)Pr_(1/4)Nd_(1/4))Co_(5)中的Ce为+4价,对磁矩没有贡献.

熵调控的Gd_(2)Co_(17)金属间化合物的结构与室温磁性能

熵调控材料因其独特的设计理念和优于传统合金的性能而受到广泛关注.本文将熵调控的设计理念引入金属间化合物中,设计并通过真空电弧熔炼的方法制备了一系列熵调控的Gd_(2)Co_(17)金属间化合物,期望通过熵调控的方法来稳定其结构,改善其磁性能.应用热力学理论预言熵调控的Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物具有稳定的单相,其单相性被X射线衍射实验所证实.通过组态熵调控原子尺寸因素,获得了菱方和六方两种晶体结构.熵调控改善了Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物的室温磁性能,过渡族金属位的熵调控使磁各向异性发生由基面到易轴的转变,稀土位的熵调控有助于提高其矫顽力,所有熵调控样品室温时的饱和磁矩均比二元Gd_(2)Co_(17)显著提升,可能是稀土或过渡族金属子晶格磁矩无序取向削弱了金属间化合物中稀土的4f电子与过渡族金属的3d电子磁矩之间的反平行交换作用所导致.磁价模型研究表明:熵调控设计导致Gd_(2)Co_(17)系列金属间化合物中Nsp↑(未极化sp导带中的电子数目)增加,增加了导带电子作为媒介引发过渡族金属子晶格的3d电子与稀土的4f电子之间强磁交换作用的概率,形成以游动的s电子为媒介,使磁性原子中局域的4f电子自旋与其近邻磁性原子的3d电子自旋产生交换作用,进而表现出饱和磁矩增大.本研究有助于提高熵调控的Gd_(2)Co_(17)的潜在应用性.

轻质γ-TiAl金属间化合物的研究进展

γ-TiAl金属间化合物是一种新型轻质的高温结构材料,是当代航空航天工业、民用工业等领域的优秀候选高温结构材料之一,具有重要的工程化应用潜力。介绍了γ-TiAl基金属间化合物的发展过程,以及成分-组织-性能-制备关系,产业化和应用状况。特别指出,北京科技大学发展的高Nb-TiAl金属间化合物为国内外TiAl基金属间化合物发展的重点方向。最后总结了TiAl基金属间化合物的国家需求和发展趋势。

TiAl基金属间化合物的发展

介绍了普通TiAl基金属间化合物的发展过程,特别是北京科技大学开发的高Nb-TiAl金属间化合物的成分-组织-性能-制备关系,Nb对TiAl合金相关系和抗氧化性的影响,Nb的强化机理和工程合金的制备和性能。最后简单总结了TiAl基金属间化合物的发展趋势。

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。

研究人员开发出一种新型金属间化合物材料

香港城市大学博士后杨涛、赵怡潞等在材料科学家刘锦川院士指导下,基于“晶界纳米无序化”的设计思路,开发出一种高强度、高塑性、高热稳定性的新型金属间化合物材料(NDI-SMs)。这种独特的“晶界纳米无序层”结构与理念有望应用于更多的合金体系,尤其是多组元金属间化合物合金系,为新型高强、高韧、耐高温的结构材料及合金的开发提供了全新的设计思路。

高熵合金中间层对TiNi/TC4电子束焊接头组织及性能影响

目的解决TiNi/TC4异种金属的焊接问题,扩大此2种金属的结合应用。方法选用3 mm×40 mm×0.5 mm的FeCoCrNiMn高熵合金薄片作为中间层,采用电子束焊接方法焊接TiNi/TC4。对形成的接头进行宏观分析,采用电子显微镜以及X射线衍射仪对其微观组织进行表征;通过拉伸和硬度测试,分析该接头的力学性能。结果接头宏观成形存在裂纹缺陷,观察微观组织发现,在焊接接头中只形成了AlTi_(3)相和Ni_(0.35)Al_(0.30)Ti_(0.35)相,没有形成Ti_(2)Ni相。接头的抗拉强度为81.8 MPa,伸长率为4.38%,平均显微硬度为HV661,断口呈脆性断裂特征。结论将高熵合金作为中间层焊接TiNi/TC4是一种有效的方法,可以成功实现异种金属的焊接,中间层的存在可以有效调控焊缝中的析出相种类。

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展:新型粘结相

Ti(C,N)基金属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷硬质相组成的复合材料,具有出色的硬度和韧性组合,在高速切削、表面精加工和耐磨部件等领域广泛应用。使用新型粘结相(金属间化合物、高熵合金、Fe基合金、Ni基合金)来代替传统的Ni、Co、Fe及其复合粘结相时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能和高温抗氧化性能等均有改善,其使用寿命得以延长。本文综述了国内外采用不同新型粘结相制备的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能及抗氧化性能等方面的研究进展,总结了新型粘结相提高金属陶瓷性能的机理,并在此基础上展望了Ti(C,N)基金属陶瓷新型粘结相的未来研究发展方向。

高熵合金应用于异种金属焊接的研究现状及发展趋势

近年来,基于国内外对降低能耗的需求,“轻量化”在制造工业中受到广泛的重视。异种金属焊接可以综合发挥不同材料的性能优势,成为实现“轻量化”的有效途径。然而,在多数异种金属连接接头处会形成硬而脆的金属间化合物(IMC),严重降低焊接接头的强度和韧性。高熵合金兼具高熵效应与迟滞扩散效应,使其具有作为中间层材料或者钎料应用于异种金属连接以改善IMC带来的问题的巨大潜力。本文综述了近年来将高熵合金作为异种金属焊接中间层材料/钎料的相关探索性研究,重点关注高熵合金对焊接界面IMC的产生、微观组织和焊接接头力学性能的影响。综合分析相关研究,结合分析作为金属基复合材料增强体以及与铝合金、钢和钛合金等传统材料的异种金属焊接时所产生的高熵合金/传统金属界面组织特征,指出高熵合金确有作为中间层材料/钎料应用于不同类型异种金属焊接的潜力。为了推进高熵合金在这一方向上的应用,需要开展更加系统和深入的机理性研究以揭示高熵合金改善界面组织的机理,并针对不同异种金属体系优化出高熵合金中间层材料/钎料成分;此外,有必要开展“放大”研究以模拟实际工况下的作用效果。

高电流密度作用下共晶SnBi钎料基体内部金属间化合物生长机制

研究Cu/SnBi/Cu焊点在电流密度分别为8×103,1×104和1.2×104A/cm2的作用下通电80h后钎料基体内部金属间化合物(IMC)的形貌演变。结果表明:电流密度为8×103A/cm2时,在焊点的阳极界面出现了大量的形状不规则的IMC,而在阴极界面并未有明显的IMC形成;当电流密度为1×104A/cm2时,阴极界面的IMC层呈扇贝状,有些IMC已经在界面处脱落,而阳极界面的IMC呈层状,而且厚度要比阴极的薄;当电流密度为1.2×104A/cm2时,阳极界面的IMC厚度有所增加,但是阴极界面的IMC已经向钎料基体中进行了扩散迁移,使得界面变得凹凸不平。值得注意的是,随着电流密度的增加,在阳极形成的Bi层的厚度明显增加。

高熵合金及其他高熵材料研究新进展

高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。 高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种 高熵材料,在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势,在很多领域具有巨大的应用潜力,已经成为国际材料 学术界的重要研究热点之一。本文从高熵材料的设计理念出发,主要综述了高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合 物等高熵材料的最新研究进展,总结了不同高熵材料的结构特征、组织性能及强化机制,并对高熵材料的发展趋势 进行了展望。高通量计算与制备将成为设计这类多主元材料的重要快捷手段,随着材料的进步,高熵材料成形加 工技术必将快速发展以满足其多元化应用需求。

激光熔化沉积成形新型多组元Ni3Al合金的组织与力学性能

设计了一种新型多组元Ni_(3)Al合金Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12),并采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了合金。使用X射线衍射、扫描电镜、万能试验机等研究了沉积态合金的微观组织和室温力学性能。结果表明:LMD制备的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金的晶粒为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶,晶粒由无侧向分枝的胞状枝晶组成,枝晶内部和枝晶间区域均由网状FCC基体和块状γ′相组成,且枝晶间区域的γ′相尺寸大于晶内。LMD成型的Ni_(45)Co_(23)Fe_(9)Al_(11)Ti_(12)合金具有良好的室温性能,其屈服强度达到879 MPa,抗拉强度为1160 MPa,断裂伸长率为9.5%,综合力学性能远优于同类合金,其屈服强度的显著提高可能与高密度γ′相有关。

三种微观组织的Ti-46．5Al-2Nb-2Cr高温动态力学行为的实验研究

对等轴(NG),近片层(NL)和双态(DP)组织的Ti-46.5Al-2Nb-2Cr在室温至840℃,应变率分别为0.001s-1,320s-1,800s-1和1350s-1下的拉伸力学行为进行了实验研究,初步揭示了三种微观组织的TiAl的韧脆转变温度均随应变率的升高而升高;三种微观组织的TiAl动态下的高温综合力学性能优于准静态下的性能——动载下的强度均明显高于静载下的强度,且呈现出"高温高速韧"的特性。TiAl有可能成为一种抗冲击的高温结构材料。

Ga对NiCoVCu合金的组织与性能的影响

以高强度、高韧性的NiCoV中熵合金为基体制备了(NiCoV)_(99-x)CuGa_(x)(x=0,1,2,3)合金,对得到的合金进行冷轧和退火处理,研究Ga含量对未退火和退火温度为900、950、1000℃时的合金的微观组织、力学性能、耐腐蚀性能的影响。研究结果表明:适量的Ga可以促进析出相形成,产生析出强化;随着Ga含量的增加,会出现金属间化合物,导致合金的力学性能下降;随着退火温度的升高,合金的伸长率上升;过量的Ga,在退火温度过高时,合金的伸长率下降;(NiCoV)_(96)CuGa_(3)合金在退火温度为950℃时的综合力学性能较好,抗拉强度为(992±10)MPa,伸长率为48.70%。