Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

V-Ti-Cr-Fe合金吸放氢性能的研究

通过均匀设计法对Ti/(Cr +Fe)比的优化控制以及对Cr/Fe比的调整,研究了V Ti Cr Fe系四元贮氢合金。结果表明:Ti/(Cr+Fe)比对合金的吸放氢性能产生重要影响。Ti/(Cr+Fe)比为1时,Cr/Fe比越偏离2 .5 ,合金有效吸氢量越小,放氢平台压随Fe含量增多而升高。Ti/(Cr +Fe)比为1,Cr/Fe比为2 .5的V30 Ti35Cr2 5Fe1 0 合金拥有最理想的吸放氢性能。

Ni-Cr-Fe多孔材料的制备及抗氧化性能

采用元素粉末反应合成法,利用固相偏扩散的原理进行固相烧结制备Ni-Cr-Fe多孔材料。通过表征多孔材料在不同烧结温度下的膨胀率、孔结构变化及物相组成研究材料的成孔过程,探讨造孔机理;并研究Ni-Cr-Fe多孔材料在1000℃下的高温抗氧化性能。结果表明:Ni-Cr-Fe在1380℃下达到最大膨胀,最大径向膨胀率达7%,开孔隙率为32.5%;最大孔径与透气度分别为90μm和990 m^3/(m^2·k Pa·h)。Cr、Fe元素向Ni元素的偏扩散形成大量丰富孔隙。在氧化实验中,在1000℃高温下氧化560 h后多孔Ni-Cr-Fe最大孔径及透气度变化不大,而同等条件下氧化的Ni-Fe、Ni-Cr多孔材料孔结构变化较明显,表明Ni-Cr-Fe多孔材料具有优异的高温抗氧化性能。

Cu-Ni-Si-Cr-Fe合金时效强化特性的研究

研究了Cu Ni Si Cr Fe合金的时效强化特性。结果表明 ,该合金在时效温度为 45 0～ 5 0 0℃ ,时效时间 3～ 4h的条件下可获得最佳强化效果 ,经 6 0 0～ 70 0℃的高温时效处理 ,该合金仍能保持较高的硬度。

Cr-Fe-ZrO_2复合镀层的结构与耐腐蚀性研究

采用复合电沉积工艺制备了Cr-Fe-ZrO2复合镀层。分别用SEM,EDS,XRD和Tafel曲线较系统地研究了Cr-Fe-ZrO2复合镀层的表面形貌、成分、结构和耐蚀性。结果表明:复合镀层的组成(质量分数)为O9.35%,Cr 49.98%,Fe 31.51%,Zr 6.66%时,在ZrO2纳米粒子的弥散强化作用下,Cr-Fe合金镀层的裂纹状况得到明显改善,而且复合镀层成分分布均匀,组织致密,结构呈非晶态特征。在室温下,Cr-Fe-ZrO2复合镀层在0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性较Cr-Fe合金镀层明显提高。

Cr-Fe-Ti-C系反应火焰喷涂研究

采用钛铁、石墨、铁粉和高碳铬铁为原料 ,利用反应火焰喷涂技术制备了Cr Fe Ti C系涂层。研究结果表明 ,在喷涂过程中合成了TiC ,涂层主要由TiC、(Cr,Fe) 7C3 硬质相和Fe组成。SRV磨损试验表明 ,由于涂层中含有 (Cr,Fe) 7C3 及合成的TiC硬质相 ,因此涂层具有良好的耐磨性能 ;涂层的磨损机理为粘着磨损和硬质相的剥落 ,但主要是粘着磨损。由于 (Cr,Fe) 7C3 需要Ti C之间的反应放热补充热量才能使其完全熔化 。

用于过滤膜的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的制备及性能

本工作采用元素粉末反应合成法,利用固相偏扩散的原理进行固相烧结制备Ni-Cr-Fe多孔材料支撑体,再利用人工刷涂的方法将同配比且较细的Ni、Cr、Fe元素粉末悬浮浆料刷涂于多孔支撑体表面,经过真空烧结,制备得到梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料。通过XRD、SEM、能谱等测试手段表征烧结后的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的物相及孔结构性能。结果表明,同质的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料膜层完整,结合强度较好,以冶金桥接的方式结合。随着膜层厚度的增加,透气度将减小,当过渡层的厚度为80μm,表面膜层厚度为30μm时,最大孔径为6μm,透气度为936 m^3·m^(-2)·h^(-1)·kPa^(-1),透气度下降22. 64%。在膜层等厚且过滤精度达到要求时,二阶梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料透气度的下降率比一阶梯度孔径NiCr-Fe多孔材料透气度的下降率小。过渡膜层起到了非常关键的作用,实现了在较高过滤精度的基础上具有较大的过滤通量。

用铬铁矿制备低成本Cr-Fe-Ni-Cu系无钴黑色色料的研究

主要研究Cr-Fe-Ni-Cu系低成本无钴黑色色料,考察铬铁矿加入量对色料呈色性能及平均晶胞参数的影响,并且研究L*值与平均晶胞参数、平均晶胞体积的关系。用全自动白度计和紫外可见光分光度计对色料分别进行色度和光谱反射率分析;用X-射线衍射仪对色料进行物相和晶形分析。实验结果表明:铬铁矿取代氧化铬用量10～30wt%能得到一种呈色性能良好,对可见光波段各单色光吸收均匀的低成本无钴黑色色料,其色度指数:L*为26.93～29.84、a*为0～2.91、b*为0.06～1.63。L*值跟平均晶胞参数有关系,随平均晶胞参数的增大而增大,减小而减小。

微细Cr-Fe合金粉对粉末冶金钢组织与性能的影响

在Fe-0.5Mo预合金粉末中加入平均粒径为4.65μm的Fe Cr55C600高碳Cr-Fe合金粉末,于1 200℃,采用烧结硬化工艺制备Fe-Cr-Mo粉末冶金合金钢。结果表明:随着Cr-Fe合金粉末量的增加,合金烧结试样的硬度增加,强度增加,合金的显微组织以贝氏体为主。当添加微细颗粒的Cr-Fe合金粉末,使Cr质量分数达到1.7%时,合金烧结试样的综合性能达到最优,抗拉强度为1 210 MPa,硬度为30 HRC,显微组织主要为细小的下贝氏体和马氏体,此时合金中Cr/C质量比约为1.54。

电热还原法制备V-Ti-Cr-Fe储氢合金

采用电热还原热法制备了V-Ti-Cr-Fe合金,考察了CaO加入量、Al-Ca还原剂用量及精炼剂成分对制备效果的影响。结果表明,CaO和Al-Ca合金用量对Ti的收得率和合金中杂质含量影响显著,m(CaO)/m(Al)为0.9、m(Al-Ca)/m(Al)为0.5时的熔炼效果较好,Ti的收得率可达66%,Al、O杂质含量可分别达到3.66%和0.75%(质量分数)。以90%(3CaF_2-CaO)-10%V_2O_5(质量分数)渣体为精炼剂,采用喷吹造渣的精炼方法,可较有效地去除合金中的Al杂质,并能起到一定的预脱O作用,精炼后Al和O含量可分别降到1.23%和0.59%(质量分数)。SEM分析表明,未精炼的合金除了含有固溶体主相外,还含有很多氧化物夹杂相,而通过喷吹造渣精炼,夹杂相明显减少。

成份调整对V-Ti-Cr-Fe合金吸放氢性能的影响

分别调整Ti/Cr比及V含量,对V-Ti-Cr-Fe系四元合金的室温吸放氢性能进行了研究。结果表明:随V30Ti31+xCr29-xFe10合金中Ti/Cr增大,合金吸氢量增大,放氢平台压降低,Ti/Cr>1.2时放氢量减小,298K最大吸氢量3.66%(质量),最大放氢量2.0%(质量);随Vx(TiCrFe)100-x(Ti:Cr:Fe=7:5:2)中V含量增大,合金吸氢量增大,放氢量增大,放氢平台压降低,V含量20%(原子)的合金中出现Laves相,298K最大吸氢量3.73%(质量),最大放氢量2.08%(质量)。

退火温度对共晶和单相Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金显微组织及硬度的影响

采用电弧熔炼法制备了4个铸态为FCC+B2共晶组织和B2单相的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金,分析了其相变点,并研究了600,800,1000℃下真空退火10 d对这些合金显微组织及硬度的影响。研究表明:AlCoCrFeNi_(2.1)和Al_(0.75)Co_(1.25)CrFeNi合金的共晶反应温度分别为1344℃和1359℃。600~1000℃退火10 d对AlCoCrFeNi_(2.1)高熵合金的显微组织无明显影响;而随着退火温度的增加,Al_(0.75)Co_(1.25)CrFeNi合金中共晶组织的两相层片间距增加。随着Al含量的增加,Al_(x)Co_(2-x)CrFeNi合金的B2相稳定性增加,合金的固相线温度明显升高,显微硬度也明显增加。铸态为B2单相的AlCoCrFeNi合金加热到605.7℃以上会转变为组织细小的FCC+B2+σ三相;继续加热到906.8℃以上,σ相消失,FCC相呈大块状分布。而Al_(1.75)Co_(0.25)CrFeNi合金需要加热到982.4℃以上才会分解为两种不同成分的B2相。实验发现:退火温度越高,合金的显微硬度越低,这些合金在800℃以下都具有较高的硬度。

P92耐热钢表面电火花沉积Ni-Cr-Fe涂层及其抗氧化性能

在P92耐热钢表面沉积Ni-Cr-Fe合金涂层,研究其在750℃下的抗氧化性能.采用显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对涂层和基体材料的硬度、氧化后的物相组成、微观形貌进行分析.结果表明:采用优化的工艺可获得连续、致密、无裂纹和孔洞的涂层.涂层在750℃下循环氧化100 h后未发生剥落,氧化增重符合抛物线规律,氧化膜主要由Cr2O3、NiCr2O4相组成.基体材料前8 h氧化增重符合直线规律,后期符合抛物线规律,氧化速率常数是涂层的2.6倍.涂层相比于基体材料具有较好的抗氧化性.

一种新型Ni-Cr-Fe基合金的成分设计、冶金及强韧化热处理工艺研究

利用增Ni、Al降Cr、Ti含量及CALPHAD方法对Ni-Cr-Fe合金进行了低成本设计;采用发射光谱仪、红外碳硫分析仪、差热扫描量热法、真空感应熔炼和电渣重熔双联冶金、扫描电镜等方法,对合金成分、冶金工艺、热加工工艺、热处理制度进行了系统研究。研究发现:双联冶金工艺成功实现了对设计成分的有效控制,经锻造和轧制热加工,获得均匀洁净的轧制组织;再经900～980℃保温30min固溶,继以720℃保温8h后炉冷至620℃保温8h空冷时效强化热处理,合金力学性能达到Incoloy 925水平。其中轧态组织经直接时效可以获得最佳的综合力学性能。合金轧制时效组织为单一奥氏体细晶组织;固溶时效态组织以奥氏体γ相为主,沿晶或晶内弥散析出MC型一次碳化物。研究结果对于我国新型高强韧Ni-Cr-Fe合金开发具有参考价值。

Ni-Cr-Fe-V-Ga系合金的X射线衍射和热机械分析

对Ni Cr Fe V Ga系合金进行了X射线衍射和热机械分析(TMA)。结果表明,在室温至940℃范围内,合金的晶格点阵参数逐渐增大,线胀系数为正;在940～1150℃范围内,合金的晶格点阵参数逐渐降低,线胀系数为负,进行了K效应转变。用热力学理论对实验结果进行了解释。

Ni-Cr-Fe系高温合金的渗氮工艺研究

对Inconel 718、GH4145、R26三种不同成分的高温合金进行了渗氮处理,采用金相法和硬度梯度法研究了不同化学成分和不同工艺对气体渗氮层深度的影响.结果表明,随着合金中镍含量的增加,渗氮层深度减小,减少幅度达到50%～100%.

Ni-Cr-Fe-Si-B合金涂层及铝青铜基体熔合区组织的研究

采用钨极氩弧焊方法在铝青铜基体上施焊了Ni Cr Fe Si B合金涂层 ,并运用金相显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析了喷涂层、熔合区及热影响区的组织形貌和成分分布。结果表明 ,喷焊时 ,在涂层与基体界面两侧各组元均发生了明显的扩散 ,Cu、Ni组元间可相互取代 ,基体融合区组织的基本组成仍为α +(α +γ2 ) ,但同时也形成了Cu2 FeAl7、NiAl3等新相 ,且融合区组织细小 。

Ti-Al-Cr-Fe四元系α/γ相平衡的研究

设计了一种简单的扩散偶，用扩散偶－电子探针法，测定了1200和1250℃Ti－Al－Cr—Fe四元系中XCr≤4％和XFe≤1％范围内的α／γ相平衡关系和相平衡成分，绘出了四元系的局部等温正方形结果表明，在Ti—Al—Cr—Fe四元系中，Cr有提高Fe在α相中的溶解度的作用；

Ni-Cr-Fe合金薄膜电极的制备及析氢性能

以废旧马口铁为基体,Ni粉、Cr粉为覆膜材料,通过活化反应烧结法制备了Ni-Cr-Fe三元薄膜合金电极。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)等对电极的物相、形貌结构、元素分布进行表征,并研究了电极材料的析氢机理,通过循环伏安曲线(CV)、线性极化曲线(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)等方法测试了电极材料的电催化析氢性能。研究结果显示,在室温条件下,Ni-Fe二元合金电极材料在6 mol/L KOH溶液中的析氢过电位为-0.59 V,交换电流密度为20.6 mA/cm^2,Tafel斜率为121.3 mV/dec。同样条件下,调节Cr含量可提高析氢催化活性,Ni-30%Cr-Fe(质量分数,下同)三元薄膜合金电极材料的析氢催化活性最强,其析氢过电位仅有-0.39 V,交换电流密度为30.9 mA/cm 2,Tafel斜率为78.1 mV/dec,经28160 s开路电位测试,电极材料的开路电位(η)从-0.87 V变化为-0.69 V,仅增加18 mV,表明析氢电极的化学稳定性好。

Cr-Fe为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能

以 Cr-Fe 取代传统材料中的陶瓷相作为硬质相（即摩擦组元），制备铜基粉末冶金摩擦材料，通过扫描电镜观察分析该材料的微观结构，在MM3000摩擦磨损试验机上检测材料的摩擦磨损性能，并与以Al2O3作为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料进行对比。结果表明，以Cr-Fe取代陶瓷相作为摩擦组元，可改善硬质相与基体间的结合状态。随摩擦速度提高，材料的摩擦因数呈先下降后上升的趋势；与Al2O3陶瓷相作为摩擦组元相比，用Cr-Fe 为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦因数提高12%~27%，且稳定性提高10%~20%，线磨损量降低20%~70%。