CoCrFeNi系高熵合金研究进展

高熵合金具有独特的微观结构和特性,作为一种新型的高性能材料,逐渐获得了国内外研究人员的广泛关注。高熵合金具备多元化的元素组成方式,不但没有形成传统概念中复杂的相结构,反而展现出了更优异的性能,在诸多领域均具有良好的应用前景。在当前的高熵合金体系中,CoCrFeNi系研究最为广泛,其研究内容主要体现在通过添加不同元素或进行退火热处理对原合金体系改性进而获得优异性能的材料。首先,结合CoCrFeNi体系对高熵合金的定义和性能特点进行了分析和总结;其次,从热力学和动力学角度论述了CoCrFeNi系高熵合金的结构预测、层错能计算及缺陷动力学分析;再次,总结了Al、Ti、Cu、Mn和C元素对CoCrFeNi系高熵合金显微组织和力学性能的影响;最后,分析了当前的研究现状并进行了展望。

CoCrFeNi系高熵合金研究进展

论述了CoCrFeNi高熵合金的改性方法,综述了单金属元素添加以及多金属元素添加的CoCrFeNi系高熵合金。并对CoCrFeNi系高熵合金的相结构、机械性能、高温稳定性、耐蚀性等性能进行了阐述,展望了此系列高熵合金未来的研究方向。

Al_(x)CoCrFeNi系高熵合金物相结构及力学稳定性第一性原理计算和试验研究

高熵合金因其独特的组织结构和多种效应展现出良好的力学性能,近年来成为广泛研究的焦点。采用第一性原理计算和试验相结合的方法,研究了Al_(x)CoCrFeNi(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0;摩尔分数)系高熵合金的物相结构和力学性能,探究不同Al含量对高熵合金组织结构及力学性能的影响。采用虚拟晶体近似(VCA)法计算发现:随Al含量增加,合金的晶格常数呈增大趋势,密度逐渐减小;合金共价键特性增强,塑性降低,原子间平均成键能力和变形抗力逐渐增强,不易发生弹性变形。采用真空电弧熔炼法制备出系列合金试样并对其进行研究分析,结果表明:Al元素加入使合金发生晶格畸变,其晶体结构由单一面心立方(fcc)结构先转变为fcc+体心立方(bcc)混合结构,随后转变为单一bcc结构。同时,Al含量的增加会使合金硬度和弹性模量值升高,延展性降低。理论预测值与试验结果吻合良好,进而证明VCA法用于Al_(x)CoCrFeNi系高熵合金物相结构及力学性能预测具有较高的准确性,可为设计开发新型高熵合金提供参考依据。

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。