梯度异质结构CoCrNi中熵合金的设计及变形机理研究

CoCrNi是一种典型的中熵合金,其具有塑性高但拉伸强度较低的特点,这种强塑性权衡问题限制了其工程应用范围。本文采用轧制退火和旋转加速喷丸工艺,在CrCoNi中熵合金中引入梯度晶粒尺寸和孪晶的异质结构。结果表明,这种设计实现了优良的强塑性,其屈服强度和抗拉强度分别为665 MPa和950 MPa,同时断裂塑性达到40.6%。在拉伸变形过程中,梯度晶粒异质结构能够产生非均匀变形诱导硬化,提升合金屈服强度的同时,保持高的加工硬化率和优异的延展性。因此,基于轧制退火和旋转喷丸工艺,引入梯度晶粒异质结构是克服合金强度-延展性失衡问题的有效途径。

中熵合金粉末对铝/钢熔钎焊接头组织性能影响

采用涂敷和预制2种方式加入CoCrNi中熵粉末,研究该合金化粉末对铝/钢TIG熔钎焊接头形貌和组织性能的影响。试验结果表明:钢侧坡口涂敷中熵合金粉时,钎接面有椭球状未熔CoCrNi颗粒层存在,颗粒周围缝隙由灰色的Al基体和Al 0.7 Si 3Fe 0.3填充,界面两侧Al、Fe无明显元素扩散,残余CoCrNi颗粒一定程度上起到了增强相作用,但是其大小和分布的不均匀性影响了液态AlSi_(5)焊丝的流动,背面焊缝包覆性差,形成了较高余高和底部未熔合缺陷。预制方式下CoCrNi粉熔化与钢界面结合良好,熔敷金属在铝和钢表面有较好铺展,接头成形好,界面两侧各元素发生相互扩散,界面生成了Al_(0.7)Si_(3)Fe_(0.3)、Co_(3)Fe_(7)、Fe(Cr,Ni)和Al_(0.9)Ni_(1.1),金属间化合物(IMC)层平均厚3.15μm。CoCrNi中熵粉末有效阻隔了Al-Fe金属间化合物生成,2种方式下接头强度均大于未添加中熵合金粉的接头,其中预制中熵合金粉的强度较高(86 MPa)。涂敷中熵合金粉的接头维氏硬度最高达到467HV,位于钎接界面近焊缝侧,预制中熵合金粉的钢侧出现软化区,接头维氏硬度最高为248HV,位于近钎接界面钢侧。

45钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层组织与性能

为探究CoCrNi中熵合金在激光熔覆领域中的应用,以CoCrNi合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面采用同轴送粉法制备合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等设备研究了熔覆层微观组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明:熔覆层成形良好,组织均匀致密,组成相主要为FCC单相固溶体;熔池与基体交界处为平面晶,底部靠近中心为柱状晶,顶部分别为胞状晶和等轴晶,3种元素在熔覆层深度方向上的比例几乎相同;熔覆层平均硬度为250HV,摩擦系数、磨损量较基体分别降低了11.7%和36.7%;自腐蚀电流密度略有降低,CoCrNi熔覆层的钝化区域为-150到1100 mV,表明熔覆层显著提高45钢的耐腐蚀性能。

CoCrNi基中熵合金研究进展

对于近年来CoCrNi基中熵合金在加工方法、组织、性能等方面的研究进展进行了综述。介绍了CoCrNi基中熵合金的具体情况,包括高熵合金、中熵合金的相关概念及CoCrNi基中熵合金的应用前景和应用领域。重点对其在加工工艺、显微组织和力学性能等方面的研究进行了介绍。总结了该合金在研究中存在的问题,展望了CoCrNi基中熵合金未来的研究方向。

W-CoCrNi合金的烧结致密化及其组织与性能

本文采用粉末冶金技术制备以CoCrNi中熵合金为黏结相的W-CoCrNi高密度钨合金,研究黏结相含量和烧结温度(1300~1500℃)对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:烧结态合金组织由W相、CoCrNi相、Co_(7)W_(6)相和亚微米富Cr颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度随之升高。合金在1500℃以下烧结时,致密化机制主要为固相烧结机制,固相烧结驱动力主要来自于表面能的降低和Co_(7)W_(6)新相的形成。当烧结温度达1500℃时,合金致密化机制主要为液相烧结机制,致密化过程包含W向CoCrNi熔体中的溶解和扩散、Co_(7)W_(6)相析出和钨颗粒球化三个阶段。1500℃烧结温度下制备的75W-CoCrNi和95W-CoCrNi合金的压缩屈服强度分别为1060 MPa和1602 MPa,75W-CoCrNi合金在压缩应变超过50%时仍未断裂。随着CoCrNi黏结相含量的增加,合金致密度随之升高,压缩变形能力增加,但压缩屈服强度降低。

异质结构Ti(C,N)-(Fe)CoCrNi基金属陶瓷及其电化学腐蚀行为

采用(Fe)CoCrNi高/中熵合金雾化粉末原料,制备Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%FeCoCrNi(A)和Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%CoCrNi(B)金属陶瓷,采用具有相同黏结金属体积分数的Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-12%Co-12%Ni(C)金属陶瓷作为对比合金。电化学实验结果表明,尽管金属陶瓷A和B中存在脱碳相(η相)和微观结构均质性较差等问题,在H_(2)SO_(4)(pH=1)、Na_(2)SO_(4)(pH=7)和NaOH(pH=13)溶液中,相较于无微观组织结构缺陷的金属陶瓷C,金属陶瓷A和B在3种介质中平均自腐蚀电流密度J_(corr)分别降低33%和88%,平均电荷转移电阻Rct分别提高97%和219%,微观组织结构缺陷不影响其耐蚀性改善;在H_(2)SO_(4)中,金属陶瓷B的J_(corr)降低89%,Rct提高750%,CoCrNi中熵合金黏结金属能显著改善金属陶瓷在强腐蚀性介质中的耐蚀性。从高、中熵合金本征特性,合金体系润湿性等视角分析了金属陶瓷A和B中η相形成伴随的异质结构形成机理。

热锻态CoCrNi中熵合金组织及力学性能的研究

通过力学性能测试以及OM、XRD、SEM和EBSD分析,研究了热锻对CoCrNi三主元中熵合金组织和力学性能的影响。结果表明:热锻后合金的晶粒得到明显的细化,晶体结构为面心立方结构(FCC)。晶粒内部的大量退火孪晶与扩展层错的共同作用使得合金具有良好的室温力学性能。屈服强度达到380 MPa,抗拉强度达到850 MPa,伸长率达到92%,合金表现出极高的强塑性(强塑积为76.5 GPa·%)。

CoCrNi基中熵合金研究进展

从制备方法、组织以及力学性能等方面,对近年来在CoCrNi中熵合金基础上发展的(CoCrNi)_(94)Al_(3)Ti_(3),CoCrNi/SiC,(CoCrNi)_(97)W_(3),CoCrNiN,CoCrNi/B,CoCrNiSi合金的研究进展进行了综述,并对未来CoCrNi基中熵合金的研究方向进行了展望。

碳含量对粉末冶金非等原子比Fe_(70)Co_(7.5)Cr_(7.5)Ni_(7.5)V_(7.5)中熵合金微观组织、力学性能和耐磨损性能的影响

本文采用机械球磨、冷压成型和真空烧结法制备了碳含量不同的非等原子比Fe_(70)Co_(7.5)Cr_(7.5)Ni_(7.5)V_(7.5)中熵合金,并对合金的组织演变、力学性能和耐磨损性能进行了研究。Fe_(70)Co_(7.5)Cr_(7.5)Ni_(7.5)V_(7.5)合金以体心立方结构(bcc)为基且内部有σ析出相。加入4 at%和8 at%的碳后,合金相组成分别转变成bcc+MC+σ和bcc+MC+M_(23)C_(6)。合金力学性能和耐磨损性能随基体内碳化物的增加而显著提升。随碳含量的提高,合金的抗弯强度和硬度分别从1520 MPa和HRC 57.2提高到3245 MPa和HRC 61.4。并且,合金的主导磨损机制从黏着磨损转变为磨粒磨损。由于均匀分布的微米级碳化物和析出的纳米级碳化物,Fe_(64.4)Co_(6.9)Cr_(6.9)Ni_(6.9)V_(6.9)C_(8)在10 N的载荷下具有极低磨损率,为1.3×10^(-6)mm^(2)/(N·m)。

激光辅助增材制造CoCrNi中熵合金的纵向力学性能研究

针对钴铬镍(CoCrNi)增材制造过程中,因热传导具有方向性,且受层间结合强度和材料显微结构影响,导致CoCrNi的纵向(平行于材料沉积方向)力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率)较差的问题,采用激光辅助增材制造方法制备CoCrNi中熵合金。实验结果发现:随着打印工件沉积高度增加,散热性变差,出现较大的外延晶,且产生热裂纹;制备的CoCrNi纵向力学性能明显低于文献[9]的横向力学性能,但保持了相对较好的强度和韧性。

多孔CoCrNi中熵合金的力学性能和吸能特性分析

采用粉末烧结-溶解法成功制备了孔隙率为63%~78%,孔径1.3~2.2 mm的多孔CoCrNi中熵合金,借助SEM和XRD对试样的孔形貌和物相组成进行分析,并对试样进行轴向准静态压缩实验研究。结果表明:多孔CoCrNi中熵合金的弹性模量和屈服平台应力均随孔隙率、孔径的增大而减小;相对孔隙率而言,孔径对力学性能的影响程度较低;不同孔隙率的多孔CoCrNi中熵合金其致密应变下单位体积的能量吸收值为34.81~14.25 MJ/m^(3),约为泡沫铝的3.8倍,且5种孔隙率合金的理想吸能效率(I)都接近0.8,说明该多孔CoCrNi中熵合金有潜力成为一种理想的吸能材料。

冷轧+退火对CoCrNi中熵合金显微组织和力学性能的影响

研究了CoCrNi中熵合金分别经低温(-196℃)和室温(25℃)冷轧及分别700℃和800℃退火后的显微组织和力学性能。结果表明,合金经低温冷轧+700℃退火后具有优良的强度-韧性匹配,抗拉强度为1023 MPa,总延伸率为34%,相比于室温冷轧+700℃退火、低温冷轧+800℃退火和室温冷轧+800℃退火,其抗拉强度分别提高了16%、13%、37%,主要是由于试样内发生回复与再结晶产生退火孪晶,细化晶粒,减小位错密度,阻碍位错的移动,提高合金强度。