FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响

目的研究不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层对Al/Mg双金属组织和力学性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层,采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属,利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成,断裂位置主要位于金属间化合物层,裂纹从Al_(3)Mg_(2)扩展至共晶层结束,具有典型的脆性断裂特征,剪切强度仅为30.37MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时,Al/Mg双金属形成了Al_(3)Mg_(2)+Mg_(2)Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni混合相/δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的复杂界面,断裂发生在高熵合金层与δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的交界处,断裂面产生了一定程度的塑性变形,剪切强度为48.46MPa,相对于无涂层的Al/Mg双金属提高了59.56%。当高熵合金涂层厚度为20μm时,铝侧生成了AlxFeCoNiCrCu高熵合金,镁侧则只生成了少量Mg-Ni-Cu混合相,断裂发生在高熵合金涂层与镁基体交界处,剪切强度为39.69 MPa。结论高熵合金涂层可以有效阻碍Al、Mg元素之间的扩散,从而显著抑制或完全阻止Al-Mg脆性金属间化合物的产生,大幅度降低界面层厚度。金属间化合物的减少和混合相对裂纹扩展的阻碍作用显著提高了Al/Mg双金属界面的剪切强度。

Al含量对FeNiCoCrVAl高熵合金组织和力学性能的影响

通过XRD、SEM、EBSD和单轴拉伸测试,对不同Al含量(原子分数,%)Fe_(46-x)Ni_(20)Co_(20)Cr_(10)V_(4)Al_(x)(x=5,8,12,15)高熵合金的相结构、显微组织和力学性能进行了系统研究。结果表明,随着Al含量增加,Fe_(46-x)Ni_(20)Co_(20)Cr_(10)V_(4)Al_(x)高熵合金相结构由FCC单相转变为FCC+BCC双相结构,且强度随之增加,而塑性降低。其中,Fe_(34)Ni_(20)Co_(20)Cr_(10)V_(4)Al_(12)高熵合金在900℃退火处理后,具有极好的强塑性匹配,其屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为593 MPa、1009 MPa和32.13%。Al含量5%时,铸态和退火态高熵合金均为单一FCC相;Al含量8%,12%和15%时,高熵合金为FCC+BCC双相结构,退火处理促进了BCC相的析出,随着退火温度升高,BCC相占比增加。

退火对Al_(1.5)CrCuFeMnTi高熵合金组织和硬度的影响

为研究退火处理对Al_(1.5)CrCuFeMnTi高熵合金组织和硬度的影响,采用真空电弧熔炼方法制备了铸态合金,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和维氏硬度计等手段对不同温度等温退火处理制得合金的组织形貌、晶体结构、成分分布和硬度进行表征。结果表明,铸态Al_(1.5)CrCuFeMnTi高熵合金由一个有序和一个无序的体心立方结构固溶体构成,形成了典型的枝晶组织,并在合金中观察到调幅结构特征。经过945℃退火处理后,合金中形成一个富含Al、Cr和Mn元素复杂结构的Laves相,合金经980℃退火后,该Laves相转变为以Cr为基体的FCC固溶体。退火处理利于铸态合金中残余内应力释放,致使合金硬度减小至HV450左右。

激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层腐蚀行为研究

目的研究Al、Ti元素对激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层耐蚀性能影响,并对影响程度进行比较。方法采用激光沉积技术在316L不锈钢表面制备CoCrFeNiSi_(0.5)、CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)、CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)、CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)Ti_(0.5)等4种成分的高熵合金涂层,并通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)以及电化学工作站等设备对高熵合金涂层凝固组织形貌、微观组织形貌、微区成分分布、耐腐蚀性能等方面进行分析研究。结果激光沉积CoCrFeNiSi_(0.5)高熵合金涂层物相由单一面心立方(FCC)相构成;CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)高熵合金涂层的主要物相变成体心立方(BCC)相,并形成沿晶界网状分布的Cr3Si相;CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金涂层的主要物相仍为FCC相,但枝晶间区域内形成G相(Ni16Ti6Si7),枝晶内区域形成长条状Cr_(15)Co_(9)Si_(6)相;CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金涂层的主要物相为BCC相,枝晶间区域G相含量较CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)合金涂层有所降低,枝晶内区域形成弥散分布的方形纳米Fe3Al相。激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层在0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性大小依次为CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)>CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)Ti_(0.5)>CoCrFeNiSi_(0.5)>CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)。浸蚀后,CoCrFeNiSi_(0.5)高熵合金涂层以均匀腐蚀为主,CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)涂层产生严重的晶间腐蚀,CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)涂层主要为枝晶间区域的点蚀,CoCrFeNiSi_(0.5)Al_(0.5)Ti_(0.5)涂层枝晶间区域的点蚀程度明显高于CoCrFeNiSi_(0.5)Ti_(0.5)涂层,且枝晶内区域的纳米第二相颗粒发生脱落。结论在酸性溶液环境中,相较于Al元素,Ti元素可更有效地提升激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层的耐蚀性能。

CoCrFeNiAl_x(x=1,1.5,2)高熵合金的高温氧化行为

通过非自耗真空电弧熔炼制备CoCrFeNiAlx(x=1,1.5,2)高熵合金,并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电子探针研究了900℃下Al含量对CoCrFeNiAlx合金氧化行为的影响。结果表明,不同Al含量的三种合金均属于抗氧化级,且其氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律。随着Al含量的增加,合金的氧化增重逐渐降低。当Al含量x=1时,合金的氧化膜主要由Cr2O3为主的尖晶石相外层和Al2O3内层组成;当Al含量x=1.5和x=2时,合金氧化膜主要由Al2O3外层以及尖晶石相中间层和Al2O3内层组成。

利用Sn-Ag-Ti活性焊料直接活化软焊接合Al_(0.3)CrFe _(1.5)MnNi_(0.5)高熵合金与6061铝合金（英文）

高熵合金Al_(0.3)Cr Fe_(1.5)Mn Ni_(0.5)(HEA)具有许多特殊性能。在大气环境、接合温度为250℃保持60 s的条件下,以Sn3.5Ag4Ti为活性焊料对HEA/HEA及HEA/6061-Al进行直接活性软焊接合,并对其进行显微组织及剪力强度分析。实验结果显示,在接合过程中,高熵合金中所有元素缓慢扩散进入连接区域。HEA/HEA和HEA/6061-Al样品的剪切强度分别为(14.20±1.63)和(15.70±1.35)MPa。HEA/6061-Al样品的断裂面呈显明显的半脆性断裂特征。

激光熔覆Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能（英文）

采用激光熔覆工艺在Q235钢表面制备了Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层,分析了Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层的组织结构,测试了Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层在0.5 mol/LHNO_3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层主要分为熔覆区、结合区、热影响区,熔覆区组织主要由等轴晶组成,等轴晶上分布有微米尺度的粒子;合金相结构简单,由体心立方(BCC)及面心立方(FCC)结构组成;Cr元素和Ni元素的钝化作用及由Al元素形成Al_2O_3或Al_2O_3·H_2O膜使得Al_2CrFeCoCuNi_xTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO_3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中具有较好的耐蚀性能,自腐蚀电流密度与基体Q235钢相比降低一两个数量级;0.5 mol/L HCl溶液中的Cl-会穿透Ni_(0.5)高熵合金涂层表面形成的钝化膜,出现轻微小孔腐蚀。

激光熔覆法制备Al_2CrFeCo_xCuNiTi高熵合金涂层的组织与性能

利用激光熔覆法制备Al2CrFeCox CuNiTi高熵合金涂层,利用带有能谱的扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍射仪、显微/维氏硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等对Al2CrFeCox CuNiTi高熵合金组织结构进行分析并测试其硬度、耐磨性、耐蚀性。结果表明:Al2CrFeCox CuNiTi高熵合金涂层组织主要由等轴晶组成,等轴晶上分布有纳米尺度的球状粒子;高熵合金涂层主要由FCC+BCC1+BCC2+Laves相组成;随Co含量增多,FCC结构增多,BCC结构减少,Al2CrFeCox CuNiTi高熵合金涂层表面显微硬度及耐磨性降低,硬度最高值为1 013 HV,约为基体的5倍;相对耐磨性最高值为3.77。Al2CrFeCox CuNiTi高熵合金涂层的耐蚀性能优异,Co2.0合金与Q235不锈钢相比,自腐蚀电位正移0.15 V,自腐蚀电流密度降低2个数量级。

Al_2CrFeNiCo_xCuTi高熵合金的组织结构及腐蚀性能研究

采用激光熔覆方法制备了不同Co含量的Al2CrFeNiCoxCuTi(x=0.5、1.0、1.5、2.0)多主元高熵合金,测试了其在1mol/L的NaCl溶液和0.5mol/L的H2SO4溶液中的电化学性能,绘制了相应的极化曲线。结果表明,多主元高熵合金Al2CrFeNiCoxCuTi(x=0.5、1.0、1.5、2.0)的晶体组织为柱状晶和等轴晶,相结构是面心立方(fcc)和体心立方(bcc);随着Co含量的增加,合金中的面心立方结构相逐渐增多,进而增加了合金的晶间腐蚀作用,降低了合金的耐腐蚀性能。

采用深冷异步轧制提高高熵合金颗粒增强铝基复合材料的力学性能

为了获得更高性能的铝基复合材料(AMCs),采用室温异步轧制(AR,298 K)和深冷异步轧制(ACR,77 K)制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料带材。通过拉伸实验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对铝基复合材料的力学性能和微观结构进行分析。结果表明,深冷异步轧制比室温异步轧制更能提高复合材料的力学性能。深冷异步轧制含3%(质量分数)高熵合金颗粒的铝基复合材料的抗拉强度达到253 MPa,比室温异步轧制复合材料提高13.5%。与室温异步轧制相比,深冷异步轧制的复合材料具有更少的微孔洞、更细小的晶粒尺寸和更高的位错密度。深冷异步轧制复合材料微缺陷的减少是因为铝基高熵合金颗粒复合材料在深冷环境中具有合适的体积收缩效应。

Al_3Ti_3CoCrCu_(0.5)FeMoNi高熵合金激光涂层的研究

使用激光熔覆制作了单相组成的Al_3Ti_3CoCrCu_(0.5)FeMoNi合金涂层,通过退火处理使基体相析出二元金属间化合物,使用SEM、XRD、显微硬度计分析了涂层的组织形貌、相结构和硬度。结果表明,激光熔覆制得的Al_3Ti_3CoCrCu_(0.5)FeMoNi涂层由BCC单相组成,显微硬度为905.2HV;在500℃以下退火处理,涂层的相组成不变。700℃以上退火,涂层从BCC相中析出二元金属间化合物Al_3Ti_3相,析出相随退火温度升高逐渐长大。涂层硬度随退火温度的升高先降低后逐渐升高,Al2Ti3相析出导致涂层硬度升高。经过900℃退火后,涂层硬度达到938.8HV,超过了未退火时涂覆态的硬度。

激光加工参数对Al_2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层质量的影响

利用激光熔覆法制备Al2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层,研究激光加工参数对高熵合金涂层质量的影响。结果表明:当激光功率过小时,激光注入能量较少,涂层和基体不能形成良好的结合;当激光功率过大时,基体材料表面熔化过多,所得稀释率过大,造成涂层的性能下降。在保证涂层与基体结合良好的前提下,随扫描速度增大,显微组织变得细小均匀,耐蚀性变好。激光熔覆法制备Al2CoCrCuFeNiTi高熵合金涂层的最佳工艺参数为:激光功率P=2500W,扫描速度V=3mm/s,熔覆粉末厚度d=1.0mm,光斑直径D=4.0mm。

含Al高熵涂层制备技术研究进展

高熵合金的研究从20世纪90年代开始逐步发展,其设计方法与常规合金不同,是由四种以上原子比例接近的元素组成的一种新型合金。由于高熵合金多种组元的协同效应,使其具有优异的性能特性如强度、耐磨性、热稳定性等,从而成为近年来研究的热点之一。含Al高熵材料不仅具有高硬度、强度的特点,其耐蚀性也较为优良,故可以利用其特性作为特殊环境下基材表面强化的涂层使用。针对含Al高熵涂层的制备技术,选取常用且具有代表性的制备方法如物理气相沉积、机械合金化法、高能束加工法等进行了综述;同时也介绍了新型的高熵涂层制备技术,如电阻缝焊、粉末预烧结联合电子束制备技术等。最后,针对高熵涂层的服役性能和应用,对其发展前景进行了展望和评述。

气雾化制备Al_(0.6)CoCrFeNi高熵合金粉体的显微组织演变（英文）

研究冷却速率对Al_(0.6)CoCrFeNi高熵合金粉体的影响。使用高压气雾化法制备Al_(0.6)CoCrFeNi球形高熵合金粉体,通过调整粉体粒径可以获得不同的冷却速率。基于凝固模型计算,获得冷却速率和粉体直径之间的关系。结果表明,随着粉体粒径的减小,粉体中FCC相的含量逐渐减小;进一步分析可以发现,随着冷速的增加,粉体由FCC+BCC双相结构逐渐转变为BCC单相结构;随着冷速从3.19×10~4K/s增至1.11×10~6K/s,粉体的显微组织表现出从平面晶到等轴晶的转变。

AlxFeNiSiTi高熵合金的显微组织与力学性能研究

通过机械合金化结合冷等静压、真空烧结工艺制备了AlxFeNiSiTi(x=0.2,0.4,0.7,1.0)系高熵合金,研究Al含量变化对高熵合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,合金相成分明显变化,类Ni的FCC相逐渐向富Al的BCC2相转变,而合金硬度先减小后增大,当Al含量为1.0时达到1015 HV。合金的纳米压痕硬度随着富FeSiTi的BCC1相体积分数增加而增大。

多主元AlFeCuCoNiCrTi_(1.5)合金的研究

多主元高熵合金是一种新型的合金,具有许多优越的性能。通过电弧熔炼法制备了AlFeCuCoNiCrTi1.5高熵合金,并在不同温度下进行退火处理,利用XRD、SEM以及洛氏硬度仪分析了它在不同的退火温度处理后的组织及硬度变化,结果表明随着退火温度的逐渐升高,该合金中的相除了长大其组织结构保持不变,但是其硬度值会越来越高,到了1000℃甚至达到了61.5HRC。另外,利用阳极极化法测试了铸态下AlFeCuCoNiCrTi1.5高熵合金在0.5MH2SO4溶液和1MNaCl溶液中的电化学性能,极化曲线表明,在0.5MH2SO4溶液中的,与304不锈钢相比,该合金具有较低的腐蚀速率;在1MNaCl溶液,该合金的腐蚀速率与304不锈钢相当,但是其耐点蚀的能力要优于304不锈钢。

基于第一性原理计算V元素对高熵合金Al0.4Co0.5VxFeNi的组织及性能影响

采用第一性密度泛函理论,结合虚拟晶体近似(VCA)的方法建立晶体结构模型,开展高熵合金Al0.4Co0.5Vx FeNi的结构性能、弹性性能及基态能量计算。根据能量最低原理可确定,Al0.4Co0.5Vx FeNi高熵合金的最优K-point值为12×12×12,截断能为1000 eV。计算结果表明:Al0.4Co0.5Vx FeNi系高熵合金均可生成fcc+bcc结构,fcc的力学稳定性明显优于bcc的力学稳定性。V元素含量由0.2增至0.8时,bcc点阵常数降低约4%,fcc晶格常数降低约6%。随着V元素的增加,Al0.4Co0.5Vx FeNi合金的体模量、剪切模量逐渐减小。V元素含量为0.8时,bcc结构的泊松比异常增加,进一步说明了随着V元素含量的增加,材料的塑性变形能力降低,材料的脆性增加。经试验验证,Al0.4Co0.5Vx FeNi系高熵合金均由fcc和bcc组成,组织形貌均为两相组织;V元素含量由0.2升至0.8时,延伸率降低约85%,该试验结果与第一性原理计算的结果较为吻合。

Al_(0.5)Nb_(1.5)TiV_(2)Zr_(0.5)难熔高熵合金组织和力学性能

采用真空电弧熔炼制备了Al_(0.5)Nb_(1.5)TiV_(2)Zr_(0.5)高熵合金,并研究了其微观组织、密度及力学性能。结果表明,Al_(0.5)Nb_(1.5)TiV_(2)Zr_(0.5)合金由为90.6%(体积分数)的体心立方相和9.4%(体积分数)的C14-Laves第二相组成。合金基体相富含Ti和V,第二相富含Al和Zr。合金的密度为6284 kg/m3,维氏硬度为5197.9 MPa。合金的屈服强度随温度升高而降低,由室温下1082.9 MPa降低到1073 K下的645.0MPa。压缩应变由室温下的27.20%降低到873 K下的14.94%,这与合金中原子间的相互作用力随温度升高而降低有关。在1073 K时合金应变超过50%,表现出良好的塑性而未发生断裂。压缩测试结果表明,合金韧脆转变温度在873~1073 K之间。

Al添加量对无钴高熵合金涂层组织结构和耐磨性的影响

通过等离子转移弧焊技术在Q235钢基体上制备了无钴Al_(x)CrFeMnNi高熵合金(HEA)涂层(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1)。研究了Al的加入对HEA涂层的相组成、组织和力学性能的影响。结果表明,由于高熵效应,Al_(x)CrFeMnNi HEA涂层主要由简单的BCC和FCC相以及少量碳化物相组成。此外,Al元素的加入抑制了FCC相的形成。随着Al添加量的增加,枝晶间明显粗化。当Al添加量为0.8时,HEA涂层平均维氏硬度为386.5 HV0.2,平均摩擦因数为0.595,耐磨性能最稳定。

800和1000℃退火对Al_(7)Cr_(20)Fe_(x)Ni_(73)−x合金相析出和硬度的影响

研究Fe含量对铸态、800℃和1000℃退火后Al_(7)Cr_(20)Fe_(x)Ni_(73)−x(x=13~66)合金的显微组织、相组成和显微硬度的影响。这些合金并非都由FCC单相组成,一些合金中存在BCC和B2相。研究证实,Al7Cr20Fe66Ni7合金中的BCC相是在冷却过程中由FCC相在900℃左右转变而来;而FCC相在800℃退火后的Al7Cr20Fe60Ni13合金中能稳定存在,从而导致富铁合金800℃退火后硬度降低。实验结果表明,由于B2粒子的析出,1000℃退火后的FCC相中Al含量降低,合金硬度降低。此外,800℃退火后,在晶界析出少量富Al的B2颗粒及在FCC基体中析出一些纳米晶BCC相,使Al_(7)Cr_(20)Fe_(x)Ni_(73)−x(x=41~49)合金硬度增加。这些结果将有助于Al−Cr−Fe−Ni基高熵合金的成分设计和加工工艺设计。