时效处理对激光熔覆Mo_(0.5)NbTiVCr_(0.25)高熵合金涂层显微组织和耐磨性能的影响

通过激光熔覆技术在TC4基体上制备难熔Mo_(0.5)NbTiVCr_(0.25)高熵合金涂层。涂层在600、800和1000℃下时效热处理24 h,然后水冷。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等技术、以及维氏硬度和万能摩擦磨损测试手段对高熵合金涂层的相组成、显微组织和力学性能进行研究。结果表明,高熵合金涂层经不同时效热处理后仍保持体心立方结构。经800℃时效热处理后,涂层含有富Ti沉淀相,通过TEM术证实其为Ti(O,N)面心立方结构。最佳时效温度为600℃,涂层硬度为HV_(0.2)410。该涂层的磨损机制为黏着磨损和磨料磨损。

等离子熔覆FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金涂层的组织及耐磨性能

采用机械合金化法制备FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金粉末,再经等离子熔覆制备高熵合金涂层,研究了机械合金化后高熵合金粉末的微观结构,分析了高熵合金涂层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:机械合金化后形成了具有体心立方和面心立方结构双相固溶体的FeCoCrNiAl_(0.5)Ti_(0.5)高熵合金粉末,粒径在2~4μm。熔覆制备的高熵合金涂层仍保持双相固溶体结构,无明显孔隙、裂纹等缺陷,由熔覆界面处至涂层表面依次形成了胞状晶→树枝晶→等轴晶的典型熔覆组织;高熵合金涂层的平均显微硬度达616.6 HV,为NM400钢的1.46倍,同等磨损条件下的磨损质量损失为NM400钢的48%,磨损机制以磨粒磨损为主,表现出较优的耐磨性能。

多主元AlFeCoNiCrTiV_(0.5)高熵合金退火态的硬度及电化学性能

采用XRD、SEM、DSC以及洛氏硬度仪等对AlFeCoNiCrTiV0.5高熵合金退火态的显微组织、硬度及电化学性能进行了研究。结果表明:随着退火温度的升高,合金中bcc1、bcc2相的峰位逐渐接近,当退火温度达到900℃时,两个相的衍射峰在低角度重合,随着温度升高至1 100℃,bcc1相转变成fcc相;合金硬度在1 100℃退火后保持在52.3 HRC,具有较强的抗回火软化能力;在0.5 mol.L-1H2SO4溶液中,该合金比304不锈钢具有较低的腐蚀速率;在1 mol.L-1NaCl溶液中,该合金的腐蚀速率与304不锈钢相当,但是其抗孔蚀的能力优于304不锈钢的。

激光熔覆FeCrNiMnMo_xB_(0.5)高熵合金涂层组织与耐蚀性能

为了获得性能优异的涂层材料,采用激光熔覆的方法在Q235钢基体上制备了不同Mo含量的FeCrNiMnMoB_(0.5)系高熵合金涂层,着重探究Mo对高熵合金组织与性能的影响。通过金相、X射线衍射、扫描电镜、硬度计、电化学工作站分别研究了高熵合金涂层的显微组织、相结构、显微硬度及耐蚀性能。结果表明:FeCrNiMnMoB_(0.5)系高熵合金组织为树枝晶,主要由fcc相和少量金属间化合物构成。当添加少量Mo时,涂层的硬度较低,为290HV,随着Mo的增加,晶格畸变加剧,出现少量金属化合物,涂层硬度最大增加到658HV。在模拟饱和盐水泥浆溶液中FeCrNiMnMo0.4B_(0.5)表现出较好的耐腐蚀性。

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。

FeCoNiCrCu_(0.5)高熵合金与304L不锈钢电阻点焊的试验研究

采用电阻点焊技术将FeCoNiCrCu_(0.5)高熵合金与304L不锈钢进行焊接接合,并借助表面3D轮廓测量仪、光学显微镜(OM)、扫描式电子显微镜(SEM)等设备观察焊点表面形貌,分析了高熵合金与304L不锈钢间的元素扩散、析出行为和焊接缺陷。结果表明.采用电阻点焊可成功实现FeCoNiCrCu_(0.5),高熵合金与304L不锈钢异种金属的焊接接合,但焊后熔融区与热影响区存在少量裂纹和空穴缺陷,这些裂纹可归纳为熔融区的结晶裂纹,以及热影响区内的液化裂纹;由于过大的焊接电流与较长的焊接时间,试片熔融区熔液由中心位置向外喷溅而形成空穴。FeCoNiCrCu_(0.5)熔融区与304L熔融区的平均硬度均较母材硬度低,这是由于304L不锈钢中的铁元素扩散至熔融区中形成富铁相,且熔融区存在大小不一的裂纹造成的。

等温处理对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织影响

采用等温热处理法制备AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态坯料,研究保温温度和保温时间对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织演变影响。结果表明:随着保温温度增加,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸先减小后增大,而圆整度先增大后减小。随着保温时间的延长,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸和圆整度均增加。在460℃保温60 min时,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的的半固态组织最佳,晶粒平均尺寸为41μm,圆整度为0.82,粗化系数K=20.95μm3/s。

Al含量对CoFeNi_(2)V_(0.5)高熵合金微观组织和力学性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了不同Al含量的Al_(x)CoFeNi_(2)V_(0.5)(x=0~1.0)高熵合金铸锭,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、电子万能试验机以及振动样品强磁计(VSM)研究了不同Al含量对AlCoFeNi_(2)V_(0.5)合金微观组织、力学性能及磁性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,铸态Al_(x)CoFeNi_(2)V_(0.5)高熵合金晶体结构发生了由FCC相到FCC+BCC双相的转变,同时合金的压缩强度和硬度也出现了不同程度的提高。当x=0.6时,合金的断后伸长率为20.9%,抗拉强度为1072.1 MPa,表现出了优异的强度和塑性相结合。这是由于Al元素的加入使合金产生了严重的晶格畸变,从而起到固溶强化和细晶强化的作用,同时BCC相的析出起到第二相强化的作用。Al_(x)CoFeNi_(2)V_(0.5)高熵合金均表现出了典型的软磁材料的特征,当x从0增加到1,合金的饱和磁化强度逐渐降低,矫顽力升高。

AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的组织和耐腐蚀性研究

采用Al、Mg、Li、Cu、Zn五种元素,通过磁悬浮熔炼制备了AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金。利用XRD、SEM分析了热处理对AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5)-Cu_(0.2)轻质高熵合金微观组织形貌的影响。利用ES-D电子天平和CS350电化学工作站检测了AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的密度和耐腐蚀性。结果表明:AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的密度为2.851 g/cm^(3)。经过热处理后,AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金晶界处含Mg_(32)(AlZn)_(49)相的共晶组织减少,形貌由条状变为点状。经过300℃热处理以后,FCC1相枝晶组织细化且变得更加均匀;FCC1相中的Cu元素固溶到基体内,提高了合金的耐腐蚀性能。但是经过300℃+120℃热处理后,FCC1相变为等轴状,FCC1基体表面有FCC2(富Cu相)析出,构成了微小腐蚀电池,降低了合金的耐腐蚀性能。

热处理对高压扭转FeNi2CoMo0.2V0.5高熵合金微观组织演变及力学性能的影响

利用高压扭转工艺(HPT)对铸态FeNi2CoMo0.2V0.5高熵合金进行剧烈塑性变形处理,随后对其分别在400、600、700及800℃进行1 h的等温退火热处理,测试各样品的硬度变化情况,进一步利用扫描电镜和透射电子显微镜观察其组织演变。结果发现:FeNi2CoMo0.2V0.5高熵合金经过HPT变形(5 GPa,6圈)后,没有发生相变,仍然是单一相的FCC结构,并获得平均晶粒尺寸约为50 nm的纳米晶组织;根据其硬度随退火温度的变化规律,可知其再结晶温度为600℃;通过晶粒微观组织分析可知,低于600℃退火时,晶粒内部主要发生回复过程,无明显长大的现象;600℃以上退火时,随退火温度的提高,晶粒剧烈长大;与其他高熵合金相比,HPT变形态FeNi2CoMo0.2V0.5高熵合金表现出更高的再结晶温度,具有更好的热稳定性。

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对Al_(x)Mo_(0.5)NbTiVSi_(0.2)高熵合金组织和性能影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了不同Al含量的Al_(x)Mo_(0.5)NbTiVSi_(0.2)(x=0.5,0.8,1.0,摩尔比)难熔高熵合金。研究了合金的相组成、微观组织、密度和力学性能。结果表明,Al_(x)Mo_(0.5)NbTiVSi_(0.2)高熵合金的微观组织为典型的树枝晶结构,均由BCC固溶体相和M_(5)Si_(3)金属间化合物相组成。Al含量的增加并未使得合金的相组成发生改变。合金BCC基体相富集Al、Mo和V元素,M_(5)Si_(3)相富集Ti和Si元素,Nb元素在两相中分布较为均匀。随Al含量增加,合金的密度从6.18g/cm^(3)降至5.86g/cm^(3),硬度提升了13.7%,压缩屈服强度增加约332MPa,增幅达到37%,抗压强度从1073MPa提高到1457 MPa,断裂应变从13.6%增加到14.4%。合金力学性能的提升主要是通过固溶强化、细晶强化和第二相强化机制实现的。

Cr含量对FeCr_(x)NiMnCu_(0.5)系高熵合金的组织及性能影响

采用WK-Ⅱ型非自耗真空电弧熔炼炉制备FeCr_(x)NiMnCu_(0.5)(x=0.75、1.00、1.25)高熵合金,研究了Cr含量对高熵合金的组织结构、力学性能及腐蚀性能的影响。结果表明,该体系高熵合金铸态组织为树枝晶,随着Cr含量增加,合金由单一的FCC相转变为FCC和BCC混合物相,硬度和压缩屈服强度不断增大,FeCr_(1.25)NiMnCu_(0.5)合金的显微硬度(HV_(0.5))、压缩屈服强度和抗压强度分别达到249.5、963.2 MPa、1214.3 MPa。在1 mol/L的H_(2)SO_(4)溶液中,FeCr_(0.75)NiMnCu_(0.5)高熵合金的自腐蚀电位为-0.232 V,腐蚀电流密度为2.600×10^(-6)A/cm^(2),表明其耐腐蚀性能较好。

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。

凝固过程中AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金的组织结构演变

采用反重力真空吸铸技术,制备致密且组织演变明显的AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金,研究凝固过程中高熵合金的组织结构转变规律。结果表明:从合金的边缘到中心,随着凝固的进行,合金的组织结构发生规律性转变;边缘区域为衍射峰强度相近的bcc1相和bcc2相,之后bcc2衍射峰强度降低,在中心区域合金析出σ相;从边缘到中心,组织由细小的晶粒转变为树枝晶组织,且晶粒尺寸一直呈长大趋势,在中心区域,树枝晶间析出细小的球状σ相;随着晶粒的长大,合金的硬度降低,但中心区域由于析出σ相,虽然晶粒尺寸最大,合金具有最高的硬度。

TiCu0.5Al0.5Cr0.2Ni0.1高熵合金微观组织及性能研究

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对TiCu0.5Al0.5Cr0.2Ni0.1高熵合金的相组成、相形貌、元素分布进行了系统研究,利用显微维氏硬度计测量了合金在室温下的硬度,通过电子万能试验机对合金进行了室温压缩试验,并在实验室模拟环境下进行合金防腐防污性能研究。结果表明:TiCu0.5Al0.5Cr0.2Ni0.1高熵合金主要由六方晶系Ti(CuAl)2组成,大块状Ti(CuAl)2相间存在条状组织,条状为AlCu2Ti相,条间为CuTi2相。树枝晶(DR)内Al元素和Cr元素含量较高,枝晶间(ID)Ti元素含量高于枝晶区域,而Ni元素和Cu元素整体分布较均匀。枝晶间(ID)显微硬度平均值为772HV,树枝晶DR显微硬度为690HV,枝晶间(ID)显微硬度高于树枝晶(DR)的;室温压缩强度为1091MPa。合金耐腐蚀性能良好,60℃人造海水中合金腐蚀失重量仅为-0.00005 g,并具备一定的防污功能。

热处理对Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金钎焊接头组织及性能的影响

采用TiZrCuNi钎料对Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金进行钎焊连接后对其进行退火处理,研究了800℃下不同退火时间对钎焊接头微观组织和力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了钎焊接头微观组织及相组成,利用万能试验机测定了热处理前后试样的剪切性能。结果表明,钎焊接头的典型微观组织分为焊缝区、熔合区和热影响区3部分,焊缝区的组织主要为高熵合金相和BCC结构的FeCr基固溶体;随着退火保温时间的延长,钎焊接头焊缝区灰色相中逐步析出细小的黑色相,对接头起到了一定的弥散强化作用,微观组织更为均匀细小,钎焊接头的剪切强度由未经退火处理的554.8 MPa增加到退火12 h后的581.1 MPa。