强流脉冲电子束作用下CrFeCoNiMo0.2高熵合金微观结构变化与耐蚀性能研究

目的提高CrFeCoNiMo0.2高熵合金的耐腐蚀性能。方法采用强流脉冲电子束(HCPEB)辐照非等原子比CrFeCoNiMo0.2高熵合金(HEA)表面。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了辐照表面的微观结构和腐蚀形貌。利用CHI760C电化学工作站,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,研究HCPEB辐照处理前后合金的抗腐蚀性能。结果XRD分析表明,辐照样品表面发生了明显的取向变化,在(200)晶面上表现出择优取向。微观结构观察表明,在HCPEB辐照后,合金表面发生重熔,形成熔坑和厚度约为3~5μm的致密重熔层。随着脉冲数量的增加,凹坑的密度和尺寸明显减小。此外,HCPEB处理消除了烧结合金中的孔隙和成分偏析,实现了组织和成分的均匀化。动电位极化曲线表明,与烧结样品相比,辐照样品在3.5%(质量分数)的NaCl溶液中具有更正的腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度。Nyquist和Bode图的结果表明,在HCPEB辐照后,样品表面具有良好的电容行为和耐腐蚀性,其中辐照次数为30次时,样品的耐腐蚀性能最好。结论HCPEB消除了烧结合金表面的组织缺陷,促使表面的元素分布更加均匀,进而提高了CrFeCoNiMo0.2高熵合金的耐腐蚀性能。

CrFeCoNiMo高熵合金与304SS的耐蚀性对比研究

为了研究CrFeCoNiMo高熵合金的耐蚀性,采用熔铸法制备了Cr_(19)Fe_(22)Co_(21)Ni_(25)Mo_(13)高熵合金,测试了该合金的铸态显微组织、物相组成并将该合金与304SS在耐蚀性方面进行了对比。结果表明:CrFeCoNiMo高熵合金显微组织呈典型的树枝晶形态,其中树枝晶为典型的单相FCC结构固溶体,而枝晶间为包含有1个FCC相和1个FCC1相的混合结构固溶体;与相同腐蚀条件下的304SS相比,CrFeCoNiMo高熵合金在硫酸、盐酸、硝酸和氯化钠溶液中的耐蚀性均表现较好,腐蚀速率均较低。高熵合金内树枝晶区域无明显腐蚀,而枝晶间区域腐蚀严重,这主要是由于二者间的晶体结构存在差异。

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。

扫描间距对选区激光熔化成形CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金微观结构及性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)制备CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金,研究扫描间距对合金微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:SLM成形的合金具有由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构。随着扫描间距增加,试样的相对密度先增加后减小,当扫描间距为0.15 mm时,合金的相对密度最高,达到99.7%。随着扫描间距增加,胞状晶的尺寸逐渐减小,合金的织构逐渐减弱。当扫描间距为0.05 mm时,胞状晶尺寸约为0.99μm,试样沿建造方向呈现较强的[001]织构;当扫描间距增加至0.20 mm时,胞状晶尺寸减小至0.36μm,织构基本消失。当扫描间距为0.15 mm时,合金的综合性能最佳,其屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率分别达到696 MPa、945 MPa和31%,较传统的熔铸CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金强度提高了约60%。SLM成形的合金中由熔池、柱状晶和胞状晶等组成的多层级结构(尤其是纳米胞状晶结构)是合金性能优异的主要原因。

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。

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。

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。

Cu_xCr_2Fe_2Ni_3Mn_2Nb_(0.4)Mo_(0.2)高熵合金的组织和耐蚀性能

通过真空电弧熔炼制备了Cu_xCr_2Fe_2Ni_3Mn_2Nb_(0.4)Mo_(0.2)(x=0、0.1、0.2)高熵合金,采用XRD、SEM、腐蚀试验和动电位极化测试等分析手段研究了Cu含量对合金微观组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Cu_xCr_2Fe_2Ni_3Mn_2Nb_(0.4)Mo_(0.2)高熵合金的微观组织主要由FCC结构和BCC结构相组成。随着合金中Cu含量的增加,合金微观组织由FCC和BCC混合组织转变为单一的FCC组织,组织形貌由树枝晶逐渐向等轴晶转变,且在晶界形成大量的富Nb、Mo初生相。随着Cu含量的增加,在10%的HNO_3溶液中合金的腐蚀速率先减小后增大,其中Cu_(0.1)Cr_2Fe_2Ni_3Mn_2Nb_(0.4)Mo_(0.2)合金具有最好的耐腐蚀性能。原因在于该合金的自钝化区间最宽,更容易在HNO_3溶液中形成致密度较高的钝化膜,从而有效减缓溶液对合金的侵蚀作用,降低合金的腐蚀速率。

盐浴渗氮处理对FeCrMnNiAl_(0.2)Ti_(0.1)高熵合金组织及性能的影响

采用盐浴渗氮的化学热处理方法对FeCrMnNiAl_(0.2)Ti_(0.1)高熵合金进行表面强化,主要工艺为预热+盐浴渗氮+氧化,研究渗氮温度对渗层和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究不同渗氮温度下高熵合金的组织结构和物相,利用显微硬度计和W-2000摩擦磨损试验机分别测量硬度和耐磨性。结果表明,经过盐浴渗氮后,高熵合金表面形成含氮化物和氧化物的复合渗层,渗氮层深度最高为27.1μm,硬度最高可达1080.0 HV0.2。盐浴渗氮可以有效提高高熵合金的耐磨性,改善摩擦学行为,640℃渗氮试样的磨损率仅为0.025 mm^(3)/(N·m),与铸态相比降低了约76.7%。

强流脉冲电子束作用下CrFeCoNiMo_(0.2)的组织结构与性能调控

利用强流脉冲电子束(HCPEB)对真空非自耗电弧熔炼法制备的CrFeCoNiMo_(0.2)高熵合金(HEA)表面进行辐照处理,通过各种表征和测试手段考察HCPEB辐照对样品表面的相结构、微观形貌以及性能的影响,并总结和探究了材料表面性能的强化机制。结果表明,CrFeCoNiMo_(0.2)合金主相为面心立方(fcc)结构,被辐照样品的表面在(111)上表现出择优取向。此外,经HCPEB辐照后,原始合金表面发生重熔并形成熔坑,熔坑密度随着辐照次数的增加而逐渐降低,合金表面随着辐照次数的增加趋于平整、光滑。HCPEB辐照处理还会诱发合金表面产生大量存在一定夹角的滑移带,位错在密排面{111}上沿原子最密集方向<110>晶向进行滑移。同时,HCPEB辐照促进了合金表面成分趋于均匀化、晶粒细化和致密的重熔层的产生,且其厚度随辐照次数的增加而增加。透射电镜(TEM)结果表明,HCPEB辐照诱发合金表面产生了纳米级σ析出相以及亚晶、位错、位错胞等亚结构。性能测试结果表明,电子束辐照后合金表面的硬度值和耐磨性显著提高。