Ni—Nb及Ni—Nb—Cr合金激光非晶化及其耐腐蚀性能的研究
铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景
铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景∗姚可夫† 施凌翔陈双琴邵洋陈娜贾蓟丽【摘要】非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构,铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力Hc,但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度Bs.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前,铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用,成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程,结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响,介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段,指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.【期刊名称】物理学报【年(卷),期】2018(067)001【总页数】9【关键词】关键词:非晶合金,软磁性能,纳米晶合金综述非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构,铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力Hc,但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度Bs.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前,铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用,成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程,结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响,介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段,指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.1 Fe基软磁非晶合金的问世磁性材料是最重要的功能材料之一,在现代科学技术和工业发展中、特别是电子技术发展中发挥着重要作用.铁磁材料在未磁化时,因其磁偶极子取向呈无序状态而使磁偶极子的矢量和为零,宏观上不呈现磁性.当施加外场后,磁偶极子受外场作用而转向外场,使材料内部磁偶极子呈现定向排列,从而呈现宏观强磁性.非晶合金因原子呈长程无序排列,曾被认为不具有宏观磁性.1960年,Gubanov[1]通过理论研究认为电子的能带结构主要由原子短程序决定,即铁磁性是由相邻原子的交换耦合作用产生,由此预测Fe基非晶合金具有铁磁性.这为铁基非晶合金可能具有铁磁性提供了理论基础.自1960年Duwez等[2]首次用合金熔体急冷方法制备出Au-Si非晶合金材料后,1967年,Duwez等[3]又用急冷方法制备出了Fe80P12.5C7.5非晶合金.通过磁学性能测试,发现Fe80P12.5C7.5非晶合金的饱和磁感应强度和矫顽力分别为6.8 kG(0.68 T)和3 Oe(240 A/m),证实了铁基非晶合金具有宏观磁性,尽管矫顽力稍大,但该铁基非晶合金仍为典型的软磁非晶合金材料.这个结果不仅从实验上证实了Gubanov的理论分析结果,也吸引了很多研究人员投入到Fe基软磁非晶合金材料的基础研究与应用研究中.2 铁基软磁非晶合金发展历程非晶合金是在快速冷却条件下,通过拟制结晶并快速将合金熔体冷却凝固而获得的原子呈长程无序排列的固体材料.但快速冷却时,合金熔体冷却速率的可控性较差,要使全部熔体的冷却速率一致,即获得的非晶合金的冷却与凝固条件一致是很困难的.为了解决这个问题,1969年,Pond和Maddin[4]研制出一种可以制备出非晶合金薄条带的新技术——合金熔体旋淬技术.这种技术将合金熔体直接喷射在旋转的铜轮上冷却,实现了可连续制备非晶合金薄带,并使薄带的冷却速率基本一致.这种新技术不仅使非晶合金薄带的制备速度大幅加快,从而显著提升了非晶合金材料的研发速度,还大幅提高了所制备的非晶合金薄带的成分与结构均匀性.这种技术的出现也为铁基非晶合金的发展带来了机遇.由于铁基非晶合金具有优异的软磁性能,同时还具有高硬度、高耐磨性能和优异的耐蚀性能等性能特征,使其具有广阔的应用前景,并受到了研究人员和企业界的高度关注.因此,合金熔体旋淬技术的出现引发了Fe基非晶合金材料基础研究与应用研究的第一个热潮,并使Fe基软磁非晶合金研究得到了快速发展[5].在20世纪70年代,基于合金熔体旋淬技术,研究人员研发出了很多新型Fe基软磁非晶合金材料.相继研发出了Fe-Ni-P-B,Fe-Ni-P-B-M,Fe-B,Fe-B-C,Fe-Si-B,Fe-Si-B-M系Fe基非晶合金[6−11]和Co基软磁非晶合金[12,13],发现它们多具有较好的软磁性能.同时,高质量、均匀、一致性好的非晶合金带材为促进了铁基软磁非晶合金相关基础科学问题的研究,逐渐揭示了合金化元素和加工工艺对Fe基、Co基合金的非晶形成能力和磁学性能的影响规律.首先,Simpson和Brambley[14]提出没有磁晶各向异性的非晶合金应具有很低的矫顽力,早期沉积法制备的Co-P非晶合金的矫顽力很高不是其本征性能,是成分不均匀性所致.这一点很快就被Chi和Cargill[15]用试验方法予以证实.另一个重要发现是软磁非晶合金制备过程中引入的内应力会显著增大其矫顽力.通过消除制备过程中产生的成分结构不均匀性和内应力,可以显著降低软磁非晶合金的矫顽力.如早期制备的FePC软磁非晶合金的矫顽力高达240 A/m便是与急冷过程中引入的高内应力有关,这种高内应力导致了大的应力-磁致伸缩各向异性.又如采用熔体旋淬技术制备的FeNiPB非晶合金条带的矫顽力约为8 A/m,文献[6,16]通过采用适当的低温退火工艺来消除其内应力,便可使该软磁非晶合金的矫顽力降低至约0.8 A/m.实验结果充分证明了消除制备过程中引入的内应力可显著降低软磁非晶合金的矫顽力.降低矫顽力可降低软磁非晶合金的磁滞损耗.非晶合金因原子呈无序排列,没有晶界阻碍磁畴壁的移动,使Fe基非晶合金具有小的矫顽力,因此磁滞损耗小;同时,原子的无序排列,使Fe基非晶合金具有较大的电阻率,因此,涡流损耗较小.所以与传统的晶态软磁材料相比,Fe基软磁非晶合金具有更小的铁损(铁损主要为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗构成).随后的研究还发现,采用合适的退火和磁场退火处理,可使FeB系软磁非晶合金的矫顽力和铁损降低[17].研究结果表明,铁基软磁非晶合金具有优异的软磁性能源于其原子呈长程无序排列的结构特征,而成分、结构的均匀性及内应力等因素均对非晶合金软磁性能有重要影响.通过工艺方法改善非晶合金结构均匀性和消除内应力可显著提高软磁非晶合金的磁学性能.这些研究成果为Fe基软磁非晶合金的应用提供了理论依据.1979年联信(Allied Signal)公司开发出可以生产较宽带材的平面流铸造技术[18],为连续稳定地生产成分结构均匀性和一致性好的Fe基非晶合金带材奠定了技术基础.基于该技术,1982年建成了软磁非晶合金带材连续生产企业,开始生产在此前后注册命名的METGLAS系列Fe基、Co基和FeNi基系列非晶合金带材,软磁非晶合金进入了产业化和商品化时代.由于研发的METGLAS2605系列FeSiB系软磁非晶合金具有很好的综合软磁性能[19,20](见表1),被逐渐应用于变压器、电抗器、电磁屏蔽等众多电磁领域.用其替代硅钢制造配电变压器铁芯可显著降低铁损,空载损耗降低达70%以上,节能效果显著,性能十分诱人.1984年,美国四个变压器厂家在IEEE会议上展示了用非晶制造铁芯的实用非晶配电变压器,从而将铁基软磁非晶合金的应用研发推向高潮.在这期间,美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用,主导了非晶变压器市场.到1989年,美国Allied Signal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司[21].除美国之外,日本和德国在非晶合金应用开发方面也拥有自己的特色,重点是电子和电力电子元件,例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈、磁放大器等.但在1988年以前,铁基软磁非晶合金应用市场仍以美国为主导.在晶态软磁材料中,高Fe元素含量的纯铁、硅钢等具有高的饱和磁感强度,但矫顽力稍大.而且,因磁晶各向异性的影响和晶界缺陷的影响,矫顽力与晶粒尺寸D 成反比(见图1)[22,23].从图1可知,在晶粒尺寸大于约0.1µm的范围内,随着晶粒尺寸减小,矫顽力随晶粒尺寸D的倒数快速增加.因此传统晶态软磁铁合金,如典型的硅钢软磁合金常采用工艺方法来获得大的晶粒尺寸和择优取向、高斯织构([001](110))或立方织构([001](100))来优化软磁性能.而当晶粒尺寸减少至磁畴壁厚度尺寸量级时,由于磁晶各向异性的影响,矫顽力将非常大.非晶合金具有各向同性的特征,并具有很小的结构关联尺寸,即非晶合金的短中程序特征尺寸.软磁非晶合金的铁磁交换作用长度与合金系有关,Fe基非晶合金的交换作用长度一般为20—40 nm,Co基非晶合金的交换作用长度一般为5—10 nm[22,23].因此,对于特征尺寸(短、中程序)只有几个原子长度的非晶合金,其结构关联尺寸D远小于交换作用长度.根据随机各向异性模型,在铁磁交换作用长度范围内,磁各向异性被平均化和减小,使软磁非晶合金具有很小的磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力(图1)[22,23].实际上,若晶粒尺寸小至与非晶合金结构特征相近——原子间距尺寸相近的纳米尺度时,例如晶粒尺寸约为10 nm的铁基纳米晶合金,应具有与非晶合金相近的小的磁各向异性常数和矫顽力.但获得晶粒尺寸小于20 nm的铁基纳米晶合金材料却非常困难.1988年,Yoshizawa等[24]在FeSiB合金中添加少量Cu和Nb,开发出了Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1非晶合金,通过晶化退火获得了均匀析出、且弥散分布在非晶基体上的纳米尺度(10—15 nm)α-Fe(Si)相,这种新型纳米晶/非晶合金的矫顽力低至0.53 A/m,具有很好的综合软磁性能.该合金被注册为FINEMET,而后又开发出了FINEMET系列非晶纳米晶合金.该类Fe基非晶纳米晶软磁合金的特点是利用Cu元素微小尺度偏聚,在晶化温度之上退火时促进α-Fe形核析出.同时,利用Nb元素在α-Fe相中固溶度极低且扩散慢的特点,抑制晶粒长大,从而在工艺上较容易获得大量纳米尺度(15—20 nm以下)的α-Fe相弥散析出分布在非晶基体上,即获得铁基纳米晶/非晶复相合金.并常简称为铁基软磁纳米晶合金.Herzer[22,23]认为由非晶合金经热处理后析出的纳米级晶化相是随机分布的,因此晶化相的磁各向异性轴在晶粒尺寸内也是随机分布的,纳米晶合金具有与非晶态合金类似的由交换作用引起的随机分布的磁各向异性.交换作用长度L0(或Lex)为其中,A是相邻原子的交换作用刚度系数,K1是磁各向异性常数,φ0=1是比例因子.L0表征了一个最小尺度,当尺寸小于L0时,没有明显的外在磁化方向.因此,对于特征尺寸(短、中程序)只有几个原子长度的非晶合金和晶粒尺寸一般为10 nm左右的纳米晶合金,结构关联尺寸(晶粒尺寸)D都远小于交换作用长度.因此磁晶各向异性常数被平均化为〈K〉,即[22,23]式中χ为晶化体积分数,D为晶粒尺寸.另外,Herzer认为如果假设磁化过程是自旋的一致转动过程,矫顽力Hc和初始磁导率µi只与〈K〉有关,其关系可以表达为:式中,Pc与Pµ为常数,Js为饱和磁化强度,µ0为真空磁导率.因非晶、纳米晶合金的磁各向异性被平均化和减小,故表现出优异的软磁性能.此外,在纳米晶粒生成过程中,降低了合金的磁致伸缩系数,从而降低了磁弹性能,这也有利于降低磁各向异性,从而优化软磁性能.从(3)和(4)式可知,纳米晶合金的矫顽力和初始磁导率分别和晶粒尺寸D的六次方成正比和成反比[22,23].当退火获得的Fe基纳米晶-非晶软磁合金具有很小的晶粒尺寸时,如20 nm以下时,合金具有很低的矫顽力[23−25]和较高的磁导率.因此,FINEMET合金具有很低的矫顽力和高的导磁率(图1,(3)和(4)式).尽管FINEMET合金的饱和磁感应强度只有约1.24 T,低于常用的非晶合金和硅钢,但这类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感强度和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,并且是成本低廉的铁基合金(见表2).因此铁基软磁纳米晶合金的发明是软磁非晶合金材料的一个突破性进展,将铁基非晶态合金研发又推向了一个新高潮——即开启了软磁非晶(/纳米晶)合金研究与应用的第二个热潮.FINEMET软磁纳米晶合金可以替代钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,在高频电力电子和电子信息领域中获得了广泛应用,达到减小体积、降低成本等目的.在FINEMET软磁纳米晶合金问世后,日立金属公司很快便实现了产业化,并将相关产品推向市场.1992年,德国VAC公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如ISDN,大量采用纳米晶磁芯制作接口变压器和数字滤波器件.在此期间,美国Allied Signal公司(后被Honeywell公司兼并)也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用,先后推出了多个系列的铁芯制品[21].但FINEMET的饱和磁感应强度毕竟仅有约1.24 T,为达到相同的磁通量,与硅钢相比,需要更大的尺寸.因此,有必要提高其饱和磁感强度.合金的饱和磁感应强度取决于原子间的交换耦合作用,因此通常和Fe元素含量成正比,要提高合金体系的饱和磁感应强度就需相应提高Fe元素含量.1998年,Suzuki等[26]开发了高铁含量的FeZrB非晶纳米晶双相合金体系,并注册为NANOPERM合金.该合金的Bs远高于FINEMET合金(见表2).但该合金的矫顽力比FINEMET合金稍高,有效磁导率比FINEMET合金稍低.而且不能在空气中制备,因此难以低成本工业化应用.随后,Willard等[27]在该体系中加入Co,开发出FeCoMBCu(M=Zr,Nb,Hf)(如(Fe0.5Co0.5)88Zr7B4Cu1)纳米晶合金,并注册为HITPERM.该合金具有很高的居里温度,经过合适的热处理,可获得在非晶基体上均匀分布着细小纳米颗粒的非晶纳米晶双相组织.该纳米晶合金也具有较高的饱和磁感应强度,但矫顽力稍高(见表2),且大量使用Co使该合金成本较高.目前,已在工程中大量应用的非晶合金仍然是用于制造变电变压器铁芯的FeSiB 铁基软磁非晶合金[21],在我国的牌号是1K101,对应的国外牌号是METGLAS 2605SA1合金,其饱和磁感强度也仅为1.56 T,远低于硅钢(见表1、表2).若能进一步提高铁基非晶合金的饱和磁感强度,将可减小铁芯尺寸、提高工作磁感强度、降低铁损等,意义重大.因此,提高铁基软磁非晶合金的饱和磁感强度很有必要.但提高磁感应强度Bs,就需要提高铁磁性元素Fe的含量,而提高Fe含量,便需要减少非晶化元素B,Si等元素含量,这会使合金的非晶形成能力降低,从而使非晶合金制备难度增加.此外,加入一些元素时还需要考虑工业化规模生产时的可行性,因为工业化生产是在大气条件下进行的.因此,需要仔细进行合金设计研究.2006年,Ogawa等[28]发明了一种商品名为HB1的铁基非晶合金Fe81.7Si2B16C0.3和Fe82Si2B14C2,Bs分别达1.64 T和1.67 T.研究发现,相比饱和磁感应强度为1.56 T的1K101非晶合金,这种高Bs非晶合金在50 Hz,1.4 T工作磁感条件下的损耗值降低了15%.即具有更高Bs的HB1非晶合金在相同的工作条件下的损耗更低[29].这一研究结果引起了国内外同行的高度重视.尽管在工业化中仍存在不少问题,但这表明在不添加Co等贵金属元素的条件下,仍可进一步提高铁基软磁非晶合金的饱和磁感强度.2009年,Makino等[30,31]开发出了Fe-Si-B-P-Cu体系,该体系在纳米晶化后具有高达约1.9 T的饱和磁感应强度,可与硅钢相媲美,而且该合金具有高磁导率和较小的矫顽力,因此非常有吸引力.该铁基软磁非晶/纳米晶合金体系被注册为NANOMET.但该合金非晶形成能力低,纳米晶化过程要求非常严格,至今仍难商业化.尽管如此,HB1和NANOMET的出现极大地鼓励了研究人员[32],引起了铁基软磁非晶合金的第三次研究热潮,即导致了高Bs铁基软磁非晶/纳米晶合金的研究热潮.在这一仍在进行中的研究热潮中,我国学者都积极参与其中,取得了不少重要进展.2011年,Lü等[33]通过微量添加Cu元素同时提高了Fe76−xC7Si3.3B5P8.7Cux合金的非晶形成能力和饱和磁感应强度,当含0.7%Cu时,非晶合金的饱和磁化强度达1.61 T.而纳米晶化后,饱和磁感应强度进一步提高到1.79 T,矫顽力为11 A/m.同年,我们课题组[34]通过提高Fe含量,结合合金熔体提纯方法,开发出Fe81Mo1P7.5C5.5B2Si3非晶合金,饱和磁感应强度达1.64 T.Shen等[35]在Fe76Si9B10P5块体非晶软磁合金的基础上,提高Fe 含量,降低Si含量,制备出Fe80Si5B10P5块体非晶软磁合金,使饱和磁感应强度提高到1.6 T.2015年,Wang等[36],将Fe-P-C-B-Si体系的Fe含量提高到83 at%,同时通过调节类金属P,B,Si的含量,制备出一系列高饱和磁感应强度的非晶软磁合金,饱和磁感应强度达到1.61—1.68 T,矫顽力仅为2.4—4 A/m,磁导率为6000—10000.纳米晶化已被证明是提高铁基非晶合金饱和磁感强度和降低矫顽力的有效方法. 2011年,Ohta和Yoshizawa[37]综述了铁基非晶合金纳米晶化研究进展,指出经过纳米晶化退火,Fe84−x−yCuxNbySi4B12(x=0—1.4,y=0—2.5)合金的中Fe82Cu1Nb1Si4B12的饱和磁化强度Bs达到1.78 T,矫顽力Hc只有3.2 A/m,不同条件下的铁损分别为(W/kg):P15/50=0.20,P10/400=1.3,P10/1000=4.4.其原因被认为是加入的少量Nb阻止了纳米晶粒长大,同时使饱和磁感应强度不降低,退火后纳米晶粒的尺寸仅为15 nm.随后,Shen课题组[38,39]报道通过添加P元素,提高了Fe83.3Si4Cu0.7B12−xPx纳米晶合金的软磁性能,其中,Fe83.3Si4Cu0.7B6P6纳米晶合金表现出优异的软磁性能,Bs达1.77 T,Hc为4.2 A/m,磁导率为11600.而添加微量铜元素可提高Fe84−xSi4B8P4Cux(x=0,0.75,1.0,1.25,1.5)软磁纳米晶合金的饱和磁化强度,当含1.25%Cu时软磁性能最优,Bs达到1.83 T,Hc为2.1 A/m,磁导率为31600,不同条件下的铁损分别为(W/kg):P10/400=4.60,P10/1000=13.5.2015年,Xiang等[40]报道了饱和磁化强度达1.73 T的Fe82Si4B10P2Cu1Nb1合金,它的矫顽力为4.5 A/m,磁导率为23000.日本东北大学的Sharma等[41]开发出饱和磁化强度达到1.85 T、矫顽力为6 A/m的Fe85Si2B8P4Cu1合金.2016年,日本国立材料研究所的Jafari等[42]开发出具有优异磁性能的Fe84.3Si4B8P3Cu0.7合金,饱和磁化强度达1.76 T.2017年,研究人员还发现[43],不加Cu的条件下,也同样可以通过控制晶化获得纳米晶组织,改善磁学性能.综上可知,在最近几年内,高饱和磁感强度铁基软磁非晶/纳米晶合金研究中取得了一系列很重要的进展,而我国学者已成为高饱和磁感强度铁基软磁非晶/纳米晶合金研究中的重要力量,已取得多项重要成果[33−36,38,39,41,44,45].随着我国研究队伍的不断壮大,投入不断增加,相信我国将会取得更多突破性进展.我国铁基软磁非晶合金研发与应用研究始于1976年,走了一条独立自主的道路[21].安泰科技股份有限公司历经40余载,先后突破了非晶带材在线自动卷取等技术,形成了带材连续生产的多个核心技术,先后建成了百吨级铁基非晶带材生产线、千吨级铁基非晶带材生产线、万吨级铁基非晶带材生产线,稳定生产带材宽度已可达340 mm.特别是2015开始,我国非晶合金带材产量显著增加.当年国内非晶带材销量9.4万吨:其中安泰科技约3万吨,青岛云路约1.8万吨,其他国产厂家共计约6000吨,日立金属株式会社在华销售量约4万吨.2015年国产带材销量首次占50%以上.2016年,中国非晶带材产能约14万吨以上,实际产量约11.3万吨,首次超过10万吨.2016国内有5家企业年产能达到万吨,其中安泰科技股份有限公司作为国内最大的非晶带材生产商,产能已接近8万吨.2016年,安泰、云路等企业实际产量均达到或接近3万吨.我国已成为国际铁基软磁非晶/纳米晶合金带材生产和相关产品制造大国.目前,软磁非晶/纳米晶合金材料已被大量应用于配电变压器、互感器、电抗器等器件,应用领域涉及电力电源、开关电源、仪器仪表、车载电子、工矿/石油、太阳能等领域.特别是在我国,上述各领域对软磁非晶/纳米晶铁芯的需求量仍在不断增加.此外,我国正在针对市场需求,开发专用软磁非晶/纳米晶合金材料,进一步拓展应用领域.同时,还瞄准高频高效节能电机等高端产品,开发高性能软磁非晶/纳米晶合金材料和相关产品加工制造核心技术,满足市场和高技术领域发展的需求.3 铁磁非晶/纳米晶合金面临的挑战和研发方向虽然铁基软磁非晶/纳米晶合金具有矫顽力低、有效磁导率高、铁损低等优点,与传统软磁材料相比,在众多应用中具有明显的优势,但仍存在很多挑战,需要深入开展研究,以满足工业领域和高新技术发展的要求.目前铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和应用面临的主要挑战及研发方向有以下几个方面.1)非晶合金的脆性问题.铁基软磁非晶合金、特别是纳米晶合金存在延性低、脆性大的问题,需要深入研究影响其延性的因素,探索提升延性的方法,保证使用安全.2)饱和磁感强度Bs仍偏低,综合磁学性能仍有待进一步提升.目前,大量使用的Fe 基软磁非晶合金的饱和磁感强度Bs仍明显低于硅钢,仍有进一步提升的必要.目前已出现一些具有较高Bs的Fe基软磁非晶合金体系,但仍存在热处理工艺复杂等问题.需要进一步研究新工艺或工艺性更好的合金,使合金具有高饱和磁感强度、低的矫顽力和高的磁导率,即获得具有优异综合软磁性能的铁基软磁非晶合金或非晶/纳米晶合金.3)缺乏高效的非晶合金加工技术.非晶合金/纳米晶合金因硬度高、较脆,加工较困难,加工效率不高.需要深入研究影响软磁非晶/纳米晶合金加工性能的因素,探索提高加工效率和保证加工质量的技术方法.。
常用医用金属材料
常用医用金属材料生物医用金属材料又称医用金属材料或外科用金属材料，当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时，长期的实用性与安全性便成为了对医用金属材料的第一要求。
下文为大家具体介绍了钛基、钴基、镁基、锆基、锌基、铝合金以及不锈钢、钨、贵金属等生物医用金属材料的研究与应用进展。
生物医用金属材料是在生物医用材料中使用的合金或金属，属于一类惰性材料，具有较高的抗疲劳性能和机械强度，在临床中作为承力植入材料而得到广泛应用。
在临床已经使用的医用金属材料主要有钴基合金、钛基合金、不锈钢、形状记忆合金、贵金属、纯金属铌、锆、钛、钽等。
不锈钢、钴基合金和钛基合金具有强度高、韧性好以及稳定性高的特点，是临床常用的3类医用金属材料。
随着制备工艺和技术的进步，新型生物金属材料也在不断涌现，例如粉末冶金合金、高熵合金、非晶合金、低模量钛合金等。
一、性能要求生物医用金属材料一般用于外科辅助器材、人工器官、硬组织、软组织等各个方面，应用极为广泛。
但是，无论是普通材料植入还是生物金属材料植入都会给患者带来巨大的影响，因而生物医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。
因此，生物医用金属材料除了要求具有良好的力学性能及相关的物理性质外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。
生物医用金属材料的性能要求：(1)机械性能。
生物医用金属材料一般应具有足够的强度和韧性，适当的弹性和硬度，良好的抗疲劳、抗蠕变性能以及必需的耐磨性和自润滑性。
(2)抗腐蚀性能。
生物医用金属材料发生的腐蚀主要有：植入材料表面暴露在人体生理环境下发生电解作用，属于一般性均匀腐蚀；植入材料混入杂质而引发的点腐蚀；各种成分以及物理化学性质不同引发的晶间腐蚀；电离能不同的材料混合使用引发的电偶腐蚀；植入体和人体组织的间隙之间发生的磨损腐蚀；有载荷时，植入材料在某个部位发生应力集中而引起的应力腐蚀；长时间的反复加载引发植入材料损伤断裂的疲劳腐蚀，等等。
全国青年表面工程学术会议--论文征集统计
第七届全国青年表面工程学术会议--论文征集统计[1] 3.5wt. % NaCl 环境下多层非晶碳基薄膜耐腐蚀性能的研究-中科院兰州化学物理研究所-崔明君[2] B4Ca-C薄膜的直流磁控溅射制备工艺及其摩擦学性能-中科院兰州化学物理研究所-尚伦霖[3] DLC薄膜在硝酸环境下的摩擦磨损研究-中国科学院兰州化学物理研究所-谢明玲[4] Ni-Cr纳米电刷镀层的制备、结构和摩擦学性能-中国科学院兰州化学物理研究所-刘侠[5] Title Three-dimensional structured sponge with high oil wettability for the clean-up of oil contaminations and separation of oil–water mixtures-中国科学院宁波工业技术研究院-王刚[6] 苯并三氮唑乙酸咪唑啉作为水基润滑剂的摩擦学性能-华东交通大学-何忠义[7] 等离子喷涂莫来石涂层在不同环境下的摩擦学性能研究-中国科学院兰州化学物理研究所-李双建[8] 低共熔溶剂中Zn-GO复合镀层的电沉积制备及性能研究-中科院兰州化学物理研究所-李瑞乾[9] 多功能的特殊浸润性界面材料-中科院兰州化学物理研究所-李永[10] 氟化类金刚石摩擦性能第一性原理研究-中科院兰州化学物理研究所-张仁辉[11] 氟硫掺杂的非晶碳基薄膜及其真空摩擦行为研究-中科院兰州化学物理研究所-王福[12] 机械性能稳定的聚氨酯油水分离材料-中科院兰州化学物理研究所-葛博[13] 基于一维PT模型的原子尺度摩擦能量耗散研究-清华大学-王子建[14] 激光表面微织构技术在机械工程领域的应用-江苏大学-符永宏[15] 碱金属磺酸盐与T531的协同抗氧化性能-华东交通大学-熊丽萍[16] 抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条及性能研究-河海大学-许红祥[17] 拉、压应力对薄膜开裂的影响-北京科技大学-郭涛[18] 离子液体修饰的碳纳米材料作为润滑添加剂-中科院兰州化学物理研究所-樊小强[19] 膜致韧性基体的开裂-北京科技大学-庞晓露[20] 湿度环境对聚晶金刚石摩擦学行为的影响-中国地质大学-秦文波-口头报告[21] 偏压对二硫化钨膜成分及摩擦磨损性能的影响-北京机械工业自动化研究所-王月[22] 石墨烯-酚醛树脂复合涂层在不同实验条件下的摩擦磨损性能研究-中国科学院兰州化学物理研究所-杨明明[23] 真空环境下聚晶金刚石摩擦学性能研究-中国地质大学-赵益辉[24] 碳基薄膜中自形成纳米多层结构的研究进展-中国科学院兰州化学物理研究所-王伟奇[25] 调制比对CrCr2O3多层薄膜摩擦磨损性能的影响-中国科学院兰州化学物理研究所-王飞飞[26] 微等离子束作用在灰铸铁材料表面的实验研究-华中科技大学-戴伟[27] 一种无灰减摩剂在加氢油中的减摩性能-中石油兰州润滑油研究开发中心-仇建伟[28] 织构化a-CH薄膜高真空环境下摩擦学性能研究-中国科学院兰州化学物理研究所-宋惠[29] 转移膜对于含氢类金刚石薄膜超滑的影响-清华大学-刘淑娓[30] MoS2Ti复合薄膜不同湿度下摩擦磨损探究-中科学院兰州化学物理研究所-李浩[31] Ni-P超疏水图案化薄膜成核及生长研究-中国科学院宁波材料所-于全耀[32] 玻璃与不锈钢钛合金可伐合金焊接研究进展-苏州大学-陈长军[33] 氧化石墨烯氟碳有机涂层的防腐耐磨行为和摩擦学性能研究-宁波材料所- 房亚楠[34] 高导热Fe基涂层设计及其传热影响因素研究-北京工业大学-姚海华[35] 交叉凹槽织构表面流体动压润滑数值分析-江苏大学-纪敬虎[36] 脉冲偏压对复合离子镀(Ti,Cu)N薄膜结构与性能的影响-天津师范大学-张臣[37] 纳米结构超硬薄膜的设计及致硬机理研究－上海理工大学-李伟[38] 钛表面载银纳米涂层抗菌性能及对成骨细胞功能的影响-太原理工大学-白龙[39] 碳纳米管化学分散法的研究进展-大连理工大学-冯亮亮[40] 碳纳米管物理分散技术研究进展-大连理工大学-吴樊[41] 微孔织构刀具高速微车削性能试验研究-长春理工大学-于占江[42] 纤维素负载多孔球状氧化锌光催化剂的制备及其光催化性能- 中科院宁波材料所-王赫[43] 阳极氧化法制备Ni-Ti-O纳米管阵列及其应用-太原理工大学-刘艳莲-口头报告[44] CVD法原位制备Fe3C填充的碳纳米管及其静磁性能-中国科学院重庆绿色智能技术研究院-高天鹏[45] DLC薄膜技术在汽车发动机关键零部件的应用研究-中国科学院兰州化学物理研究所-高凯雄[46] 活化屏等离子技术对氧化石墨烯的还原和多元素掺杂研究-东南大学-陈坚[47] 类金刚石膜及其在发动机绿色制造与再制造工程的应用-重庆大学-孙德恩[48] 铝合金表面中低温快速化学镀Ni-P预处理方法-中国科学院兰州化学物理研究所-康瑞雪[49] 脉冲偏压对含氢碳膜结构和性能的影响-中科院兰州化学物理研究所-王富国[50] 纳米颗粒对DLC薄膜固-液润滑性能的影响-中科院兰州化学物理研究所-汤金柱[51] 液料等离子喷涂制备半导体气敏层的研究-扬州大学-张超-口头报告[52] 船舶海水管路系统防腐绝缘涂料配方设计优化研究-海军装备研究院-刘斌[53] 低压等离子喷涂厚W、Mo涂层的结构和性能-广州有色金属研究院-邓春明[54] 工业CT应用于热障涂层热生长氧化层厚度的测量-广州有色金属研究院-张小锋[55] 硅-铝共掺杂类聚合物非晶碳薄膜光谱研究-四川理工学院-刘晓强[56] 煤制烯烃膜分离技术的研究-中科院上海高等研究院-李久盛[57] 一种无磷复配缓蚀剂对碳钢、紫铜和不锈钢缓蚀性能研究-河南省科学院能源研究所-陈燕敏[58] TiAlSiNa-C多层异质结构设计改善非晶碳膜的高温性能-中科院兰州化学物理研究所-吴贵智[59] 喷砂预处理对钕铁硼永磁体磁控溅射铝薄膜的影响-广州有色金属研究院-许伟[601 热喷涂工艺制备仿生超疏水表面的阶层结构调控-西安交通大学-单文[61] 热喷涂陶瓷涂层层状孔隙结构及其高温愈合行为-西安交通大学-杨冠军[62] 热障涂层YSZ陶瓷层高温服役过程中的金属基体约束效应-西安交通大学-雷娟[63] AZ80镁合金蓝色微弧氧化层的成膜机理及其性能表征-西安工业大学-杨巍[64] 固化剂分子结构对环氧树脂涂层摩擦与腐蚀性能的影响-宁波材料所-刘丹[65] 石墨烯和氧化石墨烯强化聚氨酯复合涂层-宁波材料所-莫梦婷[66] CVD石墨烯薄膜与应用-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-林正得[67] TC4钛合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温氧化性能研究-苏州大学-余鹏程[68] Ti6Al4V合金表面氮化DLC耦合涂层的结构与-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-李金龙[69] 表面工程技术在铁路产品的应用及展望-南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司-周忠[70] 不同介质中Cr-Si-N复合薄膜的耐腐蚀性能的研究-中国科学院兰州化学物理研究所-王海新[71] 超亲水性纳米SiO2薄膜表面的制备及其防雾性能-中国科学技术大学-张琳[72] 电沉积参数对Ni-Co-PSi3N4复合镀层韧性的影响-中国科学院兰州化学物理研究所-李东山[73] 堆焊与预压力滚压纳米化复合技术的研究与应用-装甲兵工程学院-孙晓峰[74] 高速电弧喷涂工艺过程的数值模拟技术-装甲兵工程学院-陈永雄[75] 后热处理对304不锈钢激光熔覆Ni60h-BN自润滑耐磨复合涂层组织和性能的影响-苏州大学-陆小龙[76] 铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜的生长机制研究-中国科学院兰州化学物理研究所-鲁成[77] 模拟高湿热海岸大气中Q235B钢的腐蚀行为-合肥工业大学-陈文娟[78] 入射粒子角度对沉积MoS2薄膜结构与性能影响-中国科学院兰州化学物理研究所-张小龙[79] 钛合金表面激光熔覆新型自润滑耐磨复合涂层研究-苏州大学-刘秀波[80] 铜基仿生微纳结构多功能表面的制备与性能-吉林大学-刘燕[81] 微弧等离子喷涂制备Ni45-WS2耐高温固体润滑涂层-第二炮兵工程大学-汪刘应[82] 氧化钽表面银离子注入及其抗菌性能-中国科学院上海硅酸盐研究所-王曼乐-口头报告[83] MoDTC润滑下表面纳米化316L不锈钢的摩擦学性能研究-中国地质大学-王艳艳[84] TiN-MoSx复合涂层的两步法制备及其摩擦学性能研究-北京工商大学-田斌-口头报告[85] 表面工程装备技术及工程应用-真空与流体研究所-蔺增[86] 表面微纳结构构筑及其在油水分离中的应用-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-曾志翔[87] 超硬聚晶金刚石复合材料的磨损特性及其磨损机制研究-中国地质大学-颜刚-口头报告[88] 淬火态42CrMo钢等离子体稀土氮碳共渗层组织与耐蚀性-上海航天设备制造总厂-唐丽娜[89] 代硬铬摩擦辅助电沉积纳米晶Ni-Co合金镀层组织和性能研究-中国华阴兵器实验中心-汪笑鹤[90] 蛋白质在人工关节材料表面的吸附及其对磨蚀特性影响的研究-北京科技大学-岩雨[91] 等离子喷涂Ni60CuMo涂层的海水腐蚀磨损行为-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-朱禄发[92] 低共熔溶剂型离子液体中电沉积制备纳米结构金属镀层研究-浙江大学材料科学与工程学院金属研究所-谷长栋-口头报告[93] 电弧离子镀沉积纳米复合TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为研究-广东工业大学机电工程学院-曾琨[94] 环境温度对TiAlSiN涂层摩擦学性能的影响-武汉材料保护研究所-凃杰松[95] 活塞环表面激光微织构的复合工艺研究-江苏大学-孙韶-口头报告[96] 交变偏压制备下多层CrN与CrCN涂层摩擦学性能研究-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-叶育伟[97] 考虑时变效应及燃烧室气体变化的织构缸套润滑性能-江苏大学-王林森[98] 磷酸盐激光玻璃干态水环境下的摩擦磨损特性-西南科技大学-简清云[99] 磷酸盐激光玻璃和BK7光学玻璃与氧化铈纳米颗粒的单点摩擦磨损研究-西南科技大学-余家欣[100] 硫化-纳米化316L不锈钢与MoDTC协同作用机理研究-中国地质大学-杜森-口头报告[101] 热处理对表面镀钯316L不锈钢耐蚀性能的影响研究-上海航天设备制造总厂-鞠鹏飞[102] 碳基材料超润滑机理研究-清华大学摩擦学国家重点实验室-马天宝[103] 微弧氧化2219铝合金钻杆的高温摩擦学性能研究-中国地质大学-刘俊秀-口头报告[104] 液动压悬浮表面无损伤加工技术-浙江工业大学-朴钟宇[105] 与主动设计制造相适应的微织构形貌表征体系与检测方法-江苏大学-康正阳[106] AA2099铝锂合金不同时效态下的摩擦学行为研究-重庆理工-王军军[107] AZ91镁合金表面电弧喷涂Zn-Al-Mg-RE涂层耐蚀性能研究-装甲兵工程学院-张志彬[108] High-current anodization A novel strategy to functionalize titanium-based biomaterials-太原理工大学-黄晓波-分会报告[109] L Y12铝合金喷射式微弧氧化涂层制备及组织性能研究-装甲兵工程学院-帅刚[110] TiAlN TiN纳米多层涂层的微结构与力学性能-中南大学航空航天学院-岳建岭[111] TiAlN、AlTiN涂层与MoDTC摩擦改性剂协同作用研究-中国地质大学-付志强[112] WSxDLC固体润滑膜制备及其固液复合润滑机制研究-中国地质大学-岳文[113] 边界润滑条件下铁氧化物对环氧树脂短碳纤维传统复合材料摩擦学行为的影响-中国科学院兰州化学物理研究所-高传平[114] 超声冲击复合电火花表面强化技术-天津大学-柳阳-口头报告[115] 电弧离子镀制备TiSiN纳米复合涂层-武汉大学物理学院-田灿鑫[116] 发动机节能减排与可靠性关键技术——固-液复合润滑技术-中国科学院兰州化学物理研究所-张广安[117] 高功率调制脉冲磁控溅射制备TiAlSiN纳米复合涂层抗氧化性能研究-大连理工大学-李玉阁[118] 高铝青铜等离子喷焊层元素互扩散性能研究-兰州理工大学-刘舒婕[119] 高速电弧喷涂Mo涂层滑动干摩擦性能研究-装甲兵工程学院-杨忠须[120] 高效能超音速等离子喷涂制备Cr2O3-16%TiO2涂层性能-装甲兵工程学院-王海军[121] 弧电流对多弧离子沉积TiN薄膜形貌及沉积速率的影响研究-四川理工学院-陈昌浩[122] 环氧树脂基复合材料油润滑状态下摩擦学行为研究-中国科学院兰州化学物理研究所-赵福燕-口头报告[123] 聚合物自润滑复合材料在汽车领域的应用及高性能材料的设计制备-中国科学院兰州化学物理研究所-张嘎[124] 离子渗氮后工业纯钛TA2的真空摩擦磨损性能研究-中国地质大学-佘丁顺[125] 磷光粉表面包覆在自敏涂层中的应用-兰州理工大学-闫旺[126] 镁合金微弧氧化复合膜层的制备及性能研究-四川理工学院-林修洲[127]纳米化与阳极氧化处理铝合金钻杆的摩擦学性能对比研究-中国地质大学-侯斌斌-口头报告[128] 喷涂工艺参数对铝基非晶纳米晶复合涂层显微硬度的影响-装甲兵工程学院-张秦梁[129] 燃烧合成法制备TiC-Ni（Mo）铝基金属陶瓷复合材料组织与性能-装甲兵工程学院-张啸宇[130] 热喷涂硬质合金涂层及其界面强化研究-大连理工大学-朱小鹏[131] 钛掺杂含量对掺钛类金刚石薄膜在边界润滑条件下摩擦学性能的影响-中国地质大学-王洋[132] 碳化硅颗粒对镁合金微弧氧化膜层的影响-四川理工学院-杜勇[133] 碳基薄膜低维碳纳米添加剂离子液体空间长寿命复合润滑技术-中国科学院兰州化学物理研究所-蒲吉斌[134] 碳纤维复合材料修复表面损伤现状-装甲兵工程学院-任攀[135] 再制造叶片裂纹分布及尺寸对振动特性影响的建模分析-装甲兵工程学院-范博楠[136] 增强相颗粒热物性参量对铜基复合材料载流摩擦磨损性能的影响-河南科技大学-国秀花[137] 火山口形微织构流体动压润滑数值分析[138] 面向再制造的表面涂覆层制备技术-装甲兵工程学院-史佩京[139] 润滑油物性参数对缸套活塞环润滑性能的影响研究-江苏大学-尹必峰[140] 织构类金刚石薄膜界面微结构及分子内应力的动力学模拟-重庆交通大学-黄德明[141]海水环境下TiSiN涂层的性能-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-姚懿容[142] 海水环境下高承载、耐腐蚀CrCr2N纳米多层涂层的特性-中国科学院兰州化学物理研究所-关晓艳[143] 两步法制备MoS2和WS2的结构表征和摩擦学性能-中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所-李星亮[144]45钢热喷涂WC-Ni硬质涂层开沟部件的磨损性能研究-湖南农业大学-吴志立[145]NiMoAl基宽温域自润滑涂层的研制及性能研究-中科院兰州化学物理研究所-安宇龙[146]TiAlSiN高温摩擦磨损- 广东工业大学-曾琨[147]等离子体纳米织构化聚合物超疏水性表面水滴碰撞机制-大连理工大学-李昱鹏[148]多弧离子镀制备CrCa-C复合涂层及其摩擦学特性研究-中国科学院宁波材料所-姜欣[149]强流脉冲电子束处理镀Nb膜CuCr50触头材料的组织与腐蚀性能-重庆理工大学-周志明[150]强流脉冲电子束处理镀Zr膜CuCr25合金的耐蚀性研究-重庆理工大学-肖红梅[151]三种奥氏体不锈钢包埋粉末渗铝的耐蚀性能-四川理工学院-罗宏[152]双气流空气助力雾化喷嘴辅助气流场的数值模拟-装甲兵工程学院-胡尧强[153] (Ti, V)2AlC防护涂层的制备、微结构及性能研究-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-柯培玲[154] 关于分会组织中国表面工程学科发展路线图的几点考虑-中国机械工程学会表面工程分会-陈建敏[155] 激光堆焊制备Mo-Fe-B复合涂层及其性能研究-上海工程技术大学-袁建辉[156] 搅拌摩擦作用下铝合金表面强化及摩擦学行为研究-重庆理工大学-刘成龙[157] 气体流量及后续热处理对Cr2AlC涂层制备及结构性能的影响-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-刘培[158] 铜铬共掺杂类金刚石薄膜的润湿性与表面能-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-孙丽丽[159] 高功率脉冲磁控溅射制备CrB2涂层及其性能研究-中国科学院宁波材料技术与工程研究所-张树参[160] TA2与两种钛合金氮离子注入层抗扭动微动磨损行为研究-西南交通大学-蔡振兵[161] 表面工程技术抗转动微动磨损特性研究-西南交通大学-朱旻昊[162] 基于光电子能谱的先进表面界面分析技术-山东农业大学-高峰[163] 纳米晶与纳米胞的表征其及力学性能-装甲兵工程学院再制造技术重点实验室-谭俊[164] a-C/WC涂层的制备及其摩擦学性能研究-中国科学院兰州化学物理研究所-何东青[165] 电化学处理对316 不锈钢摩擦学性能的影响-太原理工大学-林乃明[166] 环境变迁对典型金属材料早期腐蚀行为影响-武汉材料保护研究所-吴军[167] 铜合金在模拟海洋环境中的腐蚀行为研究-武汉材料保护研究所-李冬冬[168] EIS研究复合涂层体系浸泡失效过程-武汉材料保护研究所-曾佳俊[169] 我国典型大气环境对低密度聚乙烯老化严酷度表征方法--武汉材料保护研究所-安江峰[170] 磁场对金属电化学腐蚀的影响--武汉材料保护研究所-陈散兴[171] 工程性自清洁涂层技术及表界面行为研究-中科院重庆绿色智能研究院-罗莊竹[172] 冻雨环境下润湿性表面覆冰粘附力测试方法-中科院重庆绿色智能研究院-吴斌[173] 煤矿液压支柱用抗冲击腐蚀高分子合金涂层及应用推广-中国科学院重庆绿色智能研究院-罗一旻[174] 海洋纵深开发用动态耐磨防腐涂层研发及展望-中科院重庆绿色智能技术研究院-陈添[175] 不同介质水于润湿性表面结冰行为及机理-中科院重庆绿色智能技术研究院-杨钦[176] 重汽垫片高承载自润滑抗烧蚀涂层及应用示范推广-中科院重庆绿色智能技术研究院-谭生[177] 提高镁合金成形性和耐蚀性的新途径与新进展-重庆大学-潘复生[178] 空间辐照对Ag、Ti共掺a-C:H薄膜的影响-太原理工大学-吴艳霞[179] 短碳纤维表面Co-Zn-P涂层的制备及磁学性能研究-太原理工大学-刘颖[180] 钢轨的锈蚀及防锈技术探讨-攀钢集团轨梁厂-陶功明[181] 环保型铝合金除垢剂的开发-武汉材料保护研究所-黄兴林[182] 重型汽车技术发展状况及车辆可靠性-中国重型汽车集团有限公司-刘盛强[183] 耦合仿生六边形织构的摩擦学特性研究-吉林大学-刘镇宁更新至2015.04.20论文收集漏下的，请及时发送论文至qnbgh2015@。
D03.非晶与高熵合金
17:15-17:30 D03-018 非晶合金微点阵超材料 周文钊 1，陆洋 1,2 1. 香港城市大学深圳研究院 2. 香港城市大学机械工程学院
10:10-10:25 茶歇
主持人：柳延辉
10:25-10:45 D03-051 短程序的连接对合金液体和玻璃态的结构和性能的影响 李茂枝 中国人民大学
10:45-11:05 D03-052 Evaluation of the Glass Forming Ability of Multicomponent Bulk Metallic Glasses by High Throughput Calculation F. Zhang, C. Zhang, W. Cao, and S. L. Chen CompuTherm, 8401 Greenway Boulevard, Middleton, WI 53562, USA
16:35-16:50 D03-041 新型高熵合金基高温自润滑材料的设计、制备和性能研究 张爱军，孟军虎，韩杰胜 中国科学院兰州化学物理研究所
16:50-17:05 D03-042 放电等离子烧结制备难熔高熵合金及其粉末 韩杰胜 1,2，吴有智 2，孟军虎 1，张爱军 1，苏博 1 1. 中国科学院兰州化学物理研究所 2. 兰州理工大学
17:00-17:15 D03-029 金属玻璃中 β 驰豫与结构非均匀性的关联 王冬朋 1,2，乔吉超 2，C T Liu2 1. 江苏科技大学 2. 香港城市大学
功能材料(非晶态合金)
图4-4 纯Ni，Au77.8Ge13.8Si8.4，Pd82Si18， Pd77.5Cu6Si16.5的C曲线
从图中可以看出，不同成分的合金，
形成非晶态的临界冷却速度是不同的。临
界冷却速度从TTT图可以估算出来
Rc = (Tm-Tn)／tn
式中Tm为熔点，Tn，tn分别为C曲线鼻尖所 对应的温度和时间。
组元间电负性及原子尺寸相差越大(10％
~20％)，越容易形成非晶态。在相图上，
成分位于共晶点附近的合金，其Tm一般较
低，即液相可以保持到较低温度，而同时
其玻璃化温度Tg 随溶质原子浓度的增加而
增加，令T = Tm-Tg，T随溶质原子的增
加而减小，有利于非晶态的形成。
合金非晶态的形成倾向与稳定性通常 用ΔT＝Tm －Tg 或ΔTx ＝Tx －Tg 来描述，其
3．化学气相沉积法(CVD)
目前，这种方法较多用于制备非晶态Si，Ge， Si3N4，SiC，SiB等薄膜，适用于晶化温度较高的材 料，不适于制备非晶态金属。
4．液体急冷法 将液体金属或合金急冷获得非晶态的方法统称为 液体急冷法。可用来制备非晶态合金的薄片、薄带、 细丝或粉末，适于大批量生产，是目前实用的非晶 态合金制备方法。
若考虑实际冷 却 过程， 就要作 出 合 金的连 续冷却 转 变 图 (CCT 图 ， 即 Continous-CoolingTransformation )， 如图4-5，图中示出 了临界冷却速度。
图4-5 几种非晶态合金的CCT图及TTT图
研究表明，合金中组元间电负性及原 子尺寸大小与非晶态的形成有很大关系。
为了进一步了解非晶态的结构，通常 在理论上把非晶态材料中原子的排列情况 模型化，其模型归纳起来可分两大类。一 类是不连续模型，如微晶模型，聚集团模 型；另一类是连续模型，如连续无规网络 模型，硬球无规密堆模型等。
Fe基非晶纳米晶复合涂层结构及耐磨耐蚀性能研究
Fe 基非晶纳米晶复合涂层结构及耐磨耐蚀性能研究祝军北京科技大学分类号：____________密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________北京科技大学硕士学位论文论文题目：Fe 基非晶纳米晶复合涂层结构及耐磨耐蚀性能研究学 号：_________________________作 者：_________________________专 业 名 称：_________________________2007年03月02日祝军 公开 １０００８ 材料学 S2*******TG174.442北京科技大学硕士学位论文论文题目：作者：_________________________指 导 教 师： 单位：协助指导教师： 单位： 单位： 论文提交日期：2007年 03月 02日学位授予单位：北 京 科 技 大 学樊自拴 副教授北京科技大学 Fe 基非晶纳米晶复合涂层结构及耐磨耐蚀性能研究 祝军Fe基非晶纳米晶复合涂层结构及耐磨耐蚀性能研究Study of the Construction and Anti-wear and Anti-corrosion Performance of Iron Base Amorphous and Nano-crystal Coatings研究生姓名：祝军指导教师姓名：樊自拴北京科技大学材料科学与工程学院北京100083，中国Candidate： Zhu JunSupervisor： Fan ZishuanSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology Beijing30 Xueyuan Road，Haidian DistrictBeijing 100083，P.R.CHINA北京科技大学硕士学位论文独 创 性 说 明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。
第5章 模具钢料的热处理-模具表面处理技术
第二节模具表面处理工艺概述模具是现代工业之母。
随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航空航天、食品医疗等产业的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。
如何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本，成为各模具厂及注塑厂当前迫切需要解决的问题。
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。
这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。
这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果；模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。
从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。
在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
◆提高模具的表面的硬度、耐磨性、摩擦性、脱模性、隔热性、耐腐蚀性；◆提高表面的高温抗氧化性；◆提高型腔表面抗擦伤能力、脱模能力、抗咬合等特殊性能；减少冷却液的使用；◆提高模具质量，数倍、几十倍地提高模具使用寿命。
减少停机时间；◆大幅度降低生产成本与采购成本，提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能。
◆减少润滑剂的使用；◆涂层磨损后，还退掉涂层后，再抛光模具表面，可重新涂层。
在模具上使用的表面技术方法多达几十种，从表面处理的方式上，主要可以归纳为物理表面处理法、化学表面处理法和表面覆层处理法。
模具表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD化学气相淀积、PVD物理气相沉积、PACVD离子加强化学气相沉积、CVA铝化化学气相沉积、激光表面强化法、离子注入法、等离子喷涂法等等。
下面综述模具表面处理中常用的表面处理技术：一、物理表面处理法：表面淬火是表面热处理中最常用方法，是强化材料表面的重要手段，分高频加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光表面淬火。
湖南大学金属功能材料第8章 非晶态金属材料
1951年，美国物理学家Turnbull通过水银的过冷 实验，提出液态金属可以过冷到远离平衡熔点以下 而不产生形核与长大。根据他的理论，在一定条件 下，液态金属可以冷却到非晶态。所以， Turnbull 实际上是非晶态合金的理论奠基人。
20 世纪 60 年代，非晶态合金的研究获得了重要 突破。 1960 年美国加州理工学院的 Duwez 小组发明 了采用喷枪技术来急冷金属液体的快速淬火技术。 这种快凝淬火可以达到105～106K/s冷却速度，在这 样快的冷却条件下，Au75Si25合金熔体越过结晶相的 形核和生长而形成过冷液体，即非晶态合金。这就 是大家所熟知的世界上首次报道的非晶合金。尽管 最初他们只能将数mg的液态金属喷射到Cu基底上， 获得的试样的形状不规则，厚度也不均匀，看起来 似乎没有什么商业使用价值，但是 Duwez 工作的重 要意义在于采用快冷技术比气相沉积等其他方法更 容易使大量合金形成非晶态。
在非晶合金的研究中，倾向于将毫米尺度的非晶 作为块体非晶。具有毫米级直径的非晶棒首先是由 贝尔实验室的H.S. Chen于1974年在约100K/s的冷却 速度条件下用 Pd-Cu-Si 熔体得到的。一年以后，他 们又发现了Pt-Ni-P和Au-Si-Ge两个非晶态合金系。
20 世纪 80 年代前期， Turnbull 等采用氧化物包覆 技术以 10K/s 的速度制出了厘米级的 Pd-Ni-P 非晶。 实验表明，当异质形核被抑制，合金的Trg值可以达 到 2/3，而且在冷却速度仅为 10K/s 量级时就能凝固 成厘米级的玻璃锭。尽管Pd级块体非晶合金的形成 是非常令人振奋的，但是由于Pd的价格昂贵，人们 对块体非晶合金的兴趣仅限于学术研究，其新颖性 在随后的几年逐渐下降。尽管如此，人们对新块体 非晶合金体系的探索和相关研究始00K/s ，进而生产出了均匀的块状非晶。现在大块 非晶的厚度可达到1cm。但由于数量的限制，到目前 为止对块状非晶的研究还是比较少。由于带状非晶 出现得比较早，而且比较容易生产，人们对带状非 晶的研究比较充分。
非晶合金 (1)讲解
2)均匀性和各向同性 非晶合金的均匀性也包含两种含义：①结构均
匀 它是单相无定形结构，各向同性，不存在晶体的结构缺陷，如晶界、
孪晶、晶格缺陷、位错、层错等；②成分均匀 无晶体那样的异相、析
出物、偏析以及其他成分起伏。
7
3)均匀性和各向同性 在熔化温度以下，晶体与非晶体相比，晶体的
自由能比非晶体的自由能低，因此非晶体处于亚稳状态，非晶态固体总有 向晶态转化的趋势。这种稳定性直接关系到非晶体的寿命和应用。
14
合金各组元的尺寸相差大，一般原子尺寸差10％~20％的系统，形成 非晶的范围都比较宽，形成非晶容易。原子间的电负性差越大，交互作用 越强并可导致形成金属间化合物。金属和类金属原子间的交互作用很强， 故非晶合金中常包含有类金属元素。
(3)非晶态合金系
1)过渡金属-类金属系(TL-M系)后过渡金属元素 包括周期表中
我国现在正致力于大块非晶合金的研究和开发，并在非晶形成的机理 方面取得了长足的进步。根据相关机理，采用吸铸法已制备出直径达 30mm的Zr基非晶合金，而对Pd–Ni-Cu-P的尺寸已达72mm。
我国还制定了非晶态金属的国家标准，包括28个牌号，初步形成系列
化和标准化。
5
新型非晶态材料不断涌现，如快冷铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、 铁合金、镍合金、钴合金、快冷金属间化合物、快冷零维材料、快冷高Tc 超导材料等。到目前为止，我国已生产出大量漏电开关，用非晶合金系列 制作了小功率脉冲变压器和500kV大功率变压器，并将非晶合金应用到磁 头、磁放大器、磁分离、传感器、电感器件、磁屏蔽等方面。
化学性质因素，提出松弛的无规密堆结构模型。 图2 非晶态的五种结构
从而可解释非晶合金的某些性能，如弹性、振 a) 四面体;b)正八面体;c)三棱柱;d)
北航材料学院导师
82317117 82316000 82317117 82317117 82317108 82317108 81403361 82315989 82317108 82428419 82334869 82316192 82316192 82316192 82334869 82314848 82316000 82317108 82338190 82316976 82316976 82316976
102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102 102
33
刘建华
103
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
张琦 朱立群 张世超 朱岳麟 郑天亮 李松梅 刁鹏 吴昊 于唯平 许越
材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 应用化学
电话、
房间号
82317121 82315989 82313240 82313240 82314848 82314848 82339607 82313963 82315989 82317117
后小楼 表面工程实验室 新主楼D434 新主楼D434 四－314 四－314 四－321 四－119 表面工程实验室 表面工程实验室
103 103 103 103 1、超级电容器纳米材料研究;2锂离子电池纳米材 料研究 材料界面化学，稀土材料化学，纳米摩阻材料 1 光、电、磁效应功能高分子材料的研究；2 高 性能有机物的合成；3 环境友好高分子材料的合 成与改性 催化化学 化学合成及精分离 1材料表面改性技术;2特种功能涂层 1 新型污水处理材料与技术 ;2 纳米无机涂层的制 备与性能研究 1、高效热电换能材料研究；2、低维纳米结构材 料化学； 1、纳米材料的设计与模拟；2、分子器件中电子 输运的理论研究 1. 稀释磁性半导体纳米晶体2光电纳米材料3复合 氧化物纳米棒的制备和应用;4核壳结构纳米材料 的合成和特性. 1应用电化学及电化学测试技术；2光电化学敏感 材料及传感技术；3微生物腐蚀科学与技术 1分子组装技术及纳米组装技术;2纳米有序体系的 构筑及电化学研究;3腐蚀与防护 轻质金属表面功能化
2021年自考《材料加工和成型工艺》模拟试题及答案(卷一)
2021年自考《材料加工和成型工艺》模拟试题及答案（卷一）1.力学行为：材料在载荷作用下的表现2.弹性变形：当物体所受歪理不大而变形处于开始阶段时，若去除外力，物体发生的变形会完全消失，并恢复到原始状态3.塑形变形：当外力增加到一定数值后再去除时，物体发生的变形不能完全消失而一部分被保留下来4.韧性断裂:断裂前出现明显宏观塑形变形的断裂5.脆性断裂：没有宏观塑形变形的断裂行为6.工艺性能：指材料对某种加工工艺的适应性7.硬度：材料的软硬程度8.强度：材料经的起压力或变形的能力9.测定硬度的方法很多，主要有压人法，刻划法，回跳法常用的硬度测试方法有布氏硬度(HB)，洛氏硬度(HR)，维氏硬度(HV)10.韧性：材料在断裂前吸收变形能量的能力11.材料的韧性除了跟材料本身的因素有关还跟加载速率，应力状态，介质的影响有很大的关系12.疲劳断裂：材料在循环载荷的作用下，即使所受应力低于屈服强度也常发生断裂13.疲劳强度：材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大应力，用以表征材料抵抗疲劳断裂的能力14.防疲劳断裂的措施有采用改进设计和表面强化均可提高零构件的抗疲劳能力15.低应力脆断：机件在远低于屈服点的状态下发生脆性断裂16.低应力脆断总是与材料内部的裂纹及裂纹的扩展有关17.对金属材料而言，所谓高温是指工作温度超过其再结晶温度18.材料的高温力学性能主要有蠕动极限，持久强度极限，高温韧性和高温疲劳极限19.蠕变：材料长时间在一定的温度和应力作用下也会缓慢产生塑形变形的现象20.蠕变极限：在规定温度下，引起试样在规定时间内的蠕变伸长率或恒定蠕变速度不超过某规定值的最大应力21.持久强度极限：试样在恒定温度下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力22.工程材料的各种性能取决于两大因素：一是其组成原子或分子的结构及本性，二是这些原子或分子在空间的结合和排列方式23.材料的结构主要指构成材料的原子的电子结构，分子的化学结构及聚集状态结构以及材料的显微组织结构24.离子化合物或离子晶体的熔点，沸点，硬度均很高热膨胀系数小，但相对脆性较大25.离子键;通过电子失，得，变成正负离子，从而靠正负离子间的库仑力相互作用而形成的结合键26.共价键：得失电子能力相近的原子在相互靠近时，依靠共用电子对产生的结合力而结合在一起的结合键27.分子晶体;在固态下靠分子键的作用而形成的晶体28.结晶;原子本身沿三维空间按一定几何规律重复排列成有序结构29.晶格：用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架30.晶格中最小的几何单元称为晶胞31.常见晶体结构类型1体心立方晶格2面心立方晶格3密排六方晶格32.晶体缺陷：在晶体内部及边界都存在原子排列的不完整性33.晶体缺陷有点缺陷线缺陷面缺陷34.组元：组成合金的最基本的独立的单元35.相：合金系统中具有相同的化学成分，相同的晶体结构和相同的物理或化学性能并与该系统的其余部分以界面分开的部分36.置换固溶体：由溶质原子代替一部分溶剂原子而占据溶剂晶格中某些结点位置而形成的固溶体37.间隙固溶体：由溶质原子嵌入溶剂晶格中各结点间的空隙中而形成的固溶体38.溶质原子与溶剂原子的直径差越大，溶入的溶质原子越多，晶格畸变就越严重39.固容强化：晶体畸变是晶体变形的抗力增大，材料的强度，硬度提高40.陶瓷一般由晶体相，玻璃相，气相组成41.玻璃相的作用：1将晶体相粘结起来，填充晶体相间空隙，提高材料的致密度，2降低烧成温度，加快烧结过程，3阻止晶体的转变，抑制晶体长大4获得一定程度的玻璃特点42.气相是指陶瓷组织内部残留下来的空洞43.玻璃相是一种非晶态的低熔点固体相44.液态金属，特别是其温度接近凝固点时，其原子间距离，原子间的作用力和原子的运动状态等都与固态金属比较接近45.液态金属结晶时晶核常以两种方式形成：自发形核与非自发形核46.自发形核：只依靠液态金属本身在一定过冷度下由其内部自发长出结晶核心47.非自发形核：依附于金属液体中未溶的固态杂质表面而形成晶核48.金属结晶过程中晶核的形成主要是以非自发形核方式为主49.晶核的长大方式1平面长大方式2树枝长大方式50.一般铸件的典型结晶组织分为三个区域1细晶区：铸锭的最外层是一层很薄的细小等轴晶粒随机取向2柱状晶区：紧接细晶区的为柱状晶区，这是一层粗大且垂直于模壁方向生长的柱状晶粒3等轴晶区：由随机取向的较粗大的等轴晶粒组成51.细化晶粒对于金属材料来说是同时提高材料强度和韧性的好方法之一52.铸件晶粒大小的控制：1增大过冷度2变质处理3附加振动53.共晶相图：两组元在液态完全互溶，在固态下有限溶解或互不溶解但有共晶反应发生的合金相图54.共晶转变：由液态同时结晶出两种固相的混合物的现象55.二次渗碳体：凡Wc>0.0218%的合金自1148C冷却到727C的过程中，都将从奥氏体中析出渗碳体56.铁碳合金分为工业纯铁(Wc<0.0218%)，钢(Wc=0.0218%---2.11%)和白口铸铁(Wc>2.11%)57.在钢中把Wc=0.77%的钢称为共析钢，把Wc<0,77%的为亚共析钢，把Wc>0,77%的为过共析钢58.在白口铸铁中，把Wc=4.3%的铸铁称为共晶白口铸铁，把Wc<4.3%的铸铁称为亚共晶白口铸铁，把Wc>4.3%的铸铁称为过共晶白口铸铁59.热处理的目的不仅在于消除毛坯中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工艺过程创造条件，更重要的是热处理能够显著提高钢的力学性能，充分发挥钢材的潜力，提高零件使用寿命60.热处理都是由加热，保温，冷却三个阶段构成61.热处理分类1整体热处理：退火，正火，淬火，回火2表面热处理：表面淬火3化学热处理：渗碳，碳氮共渗，渗氮62.奥氏体晶粒越小，冷却转变产物的组织越细，其屈服强度，冲击韧度越高63.从加热温度，保温时间和加热速度几个方面来控制奥氏体的晶粒大小，加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大，所以常利用快速加热，短时保温来获得细小的奥氏体晶粒64.下贝氏体具有较高的强度和硬度，塑形和韧性，常采用等温淬火来获得下贝氏体，一提高材料的强韧性65.退火：将钢材或钢件加热到适当的温度，保持一定的时间，随后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺66.退火工艺分为两类：一类包括均匀化退火，再结晶退火，去应力退火，去氢退火，它不是以组织转变为目的的退火工艺方法特点是通过控制加热温度和保温时间使冶金及冷热加工过程中产生的不平衡状态过渡到平衡状态。
Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响
Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性
能的影响
田帅;张雪凌;刘振宝;王晓辉;王长军;孙永庆;杨志勇;齐越
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】为探讨超高强度不锈钢的应力腐蚀开裂行为,采用Cr-Co-Ni-Mo系超高
强度不锈钢为研究对象,利用OM、XRD、TEM等测试手段,结合腐蚀疲劳试验,研
究了Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。
结果表明,试验钢在3.5%NaCl溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀开裂机理为氢致开裂和阳极溶解的混合机制。
Nb微合金化提高了钢的腐蚀疲劳性能,钢中添加0.11%的Nb后,钢的腐蚀疲劳强度由440 MPa提高至495 MPa,其主要原因是,Nb微合金化可以细化钢的晶粒尺寸,促进钢中不可逆氢陷阱NbC的析出,增加
了钢中原奥氏体晶界总量、小角晶界所占比例、Σ3晶界数量、奥氏体体积分数等。
【总页数】8页(P103-110)
【作者】田帅;张雪凌;刘振宝;王晓辉;王长军;孙永庆;杨志勇;齐越
【作者单位】钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院;钢研纳克检测技术股份有限公司;抚顺特殊钢股份有限公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TG172
【相关文献】
1.Nb对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度齿轮钢组织和力学性能的影响
2.Nb微合金化对热轧700MPa超高强耐候钢组织和性能的影响
3.Nb微合金化对低合金高强钢耐海水腐蚀性能的影响
4.回火工艺对Nb-Ti微合金化高强度大梁钢性能的影响
5.Nb微合金化对渗碳齿轮钢组织演变及接触疲劳性能的影响
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
哈尔滨工业大学第三届材料科学与工程学科博士生论坛
11:30~11:50 马向雨 铁基层状复合材料 设计及磁屏蔽机理
13:00~13:20 李成栋 碳纳米管增强镁基 复合材料的制备与组织性能研究
13:20~13:40 欧利德 Research on synthesis and reaction mechanisms of in situ aluminum composites fabricated in Al-CSiO2 system by reaction hot pressing
11:10~11:30 张秀萍 TZ3Y20A复相陶瓷 的优化设计与制备及力学性能
11:30~11:50 韩兆祥 结构/储电一体化碳 纤维复合材料体系设计与性能研究
13:00~13:20 王冠辉 玻璃钢管材在含 CO2流体中的腐蚀行为与寿命预测研究
13:20~13:40 周睿 钛及钛表面微弧氧
09:30~09:50 刘成财 铝合金EBW焊缝成 形机理研究
09:50~10:10 舒凤远 装备铝合金窄间隙 焊接技术研究
10:10~10:30 傅卫 结晶器铜板表面激 光熔覆涂层设计及实现
10:30~10:50 柴戡 Sn基钎料在Zr-CuAl-Ni系金属玻璃表面的作用机制及扩散动 理学
15:00~15:20 赵运强 高强铝合金搭接结 构搅拌摩擦焊接工艺及组织性能研究
15:20~15:40 张宗郁 飞机导管自动装配 与焊接路径动态补偿技术研究
15:40~16:00 马英鹤 高频旋转磁场作用 下AlCr靶高频电弧放电及大颗粒抑制研究
16:00~16:20 吕文泉 TiAlBN高温润滑薄 膜制备工艺及其微观组织分析
1料0:的10改~1性0:及30电化丰学炳性梅能高研功究率TiO2负极材
10:30~10:50 王慧鑫 锂离子电解液体系 中石墨烯的电化学性能研究
合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展
第16卷第5期精密成形工程影响的研究进展林添祥，冯美艳，练国富*，陈昌荣，兰如清（福建理工大学机械与汽车工程学院，福州 350118）摘要：激光熔覆技术采用高能量密度的激光作为工艺的能量来源，能够对工件表面进行改性和修复，显著地改善了基体的表面力学性能，从而有效地延长了产品的生命周期。
激光熔覆是制备高熵合金的典型工艺之一，采用该技术并且添加合适的合金元素可以制备具备卓越性能的高熵合金涂层。
为清晰地阐明加入元素后增强激光熔覆高熵合金涂层硬度的作用机制，首先综述了目前国内外在激光熔覆过程中加入常见元素所制备的高熵合金涂层硬度性能的研究现状，其中高熵合金有特殊的“4种效应”，对金属间化合物有促进作用，其内部微观结构一般为FCC、BCC或者HCP等固溶相，通常通过固溶强化、沉淀强化和分散强化来强化，并且激光熔覆法会使高熵合金涂层快速冷却，从而显著改善合金的力学性能。
其次，分析了金属与非金属两大类元素对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度强化的机理，总结了金属元素与非金属元素的添加对高熵合金涂层硬度的影响规律。
最后，针对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度性能的改进，总结出了有效的方法，并对其未来发展进行了展望。
研究结果揭示了激光熔覆高熵合金涂层硬度强化的理论基础，为该领域的进一步发展提供了理论依据。
关键词：激光熔覆；高熵合金；硬度；影响机理；金属元素；非金属元素DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.023中图分类号：TG146 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0201-24Research Progress on the Effect of Alloying Elements on the Hardness of LaserCladded High Entropy Alloy CoatingsLIN Tianxiang, FENG Meiyan, LIAN Guofu*, CHEN Changrong, LAN Ruqing(School of Mechanical and Automotive Engineering, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)ABSTRACT: Laser cladding technology uses high energy density laser as the energy source of the process, which can modify and repair the surface of the workpiece, significantly improve the mechanical properties of the matrix surface, and effectively extend the life cycle of the product. Laser cladding is one of the typical processes for the preparation of high entropy alloys. By using this technology and adding appropriate alloying elements, high entropy alloy coatings with excellent properties can be prepared. In order to clearly clarify the mechanism of enhancing the hardness of laser cladded high entropy alloy coatings after收稿日期：2023-12-18Received：2023-12-18基金项目：福建省自然科学基金（2022J01920）Fund：Natural Science Foundation of Fujian Province (2022J01920)引文格式：林添祥, 冯美艳, 练国富, 等. 合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 201-224.LIN Tianxiang, FENG Meiyan, LIAN Guofu, et al. Research Progress on the Effect of Alloying Elements on the Hardness of Laser Cladded High Entropy Alloy Coatings[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 201-224.*通信作者（Corresponding author）202精密成形工程 2024年5月addition of elements, the current research status of hardness properties of high entropy alloy coatings prepared by adding com-mon elements in laser cladding process in China and abroad is reviewed firstly. Among them, high entropy alloy has special "four effects", which can promote intermetallic compounds. Its internal microstructure is generally FCC, BCC or HCP solid so-lution phase. It is usually strengthened by solution strengthening, precipitation strengthening and dispersion strengthening, and the laser cladding method allows the high entropy alloy coating to cool rapidly, thus significantly improving the mechanical properties of the alloy. Secondly, the mechanism of metal and non-metal elements on the hardness strengthening of high entropy alloy coating prepared by laser cladding is analyzed, and the effect of addition of alloy elements on the hardness of high entropy alloy coating is summarized. Finally, in order to improve the hardness properties of high entropy alloy coating prepared by laser cladding, the effective method is summarized and its future development is prospected. The research results reveal the theoreti-cal fundamentals for strengthening the hardness of laser cladded high entropy alloy coatings, and provide a theoretical basis for the further development of this field.KEY WORDS: laser cladding; high entropy alloy; hardness; effect mechanism; metal elements; non-metal elements随着科技的不断进步，传统合金材料的应用已经不能完全满足应用需求，因此，近年来，合金材料已经成为全球学术界的研究焦点。
软磁材料
五、稳定性
• 高科技特别是高可靠工程技术的发展，要求软磁 材料不但要高µ i ,低损耗等，更重要的是高稳定性。
• 软磁材料的高稳定性是指磁导率的温度稳定性要高， 减落要小，随时间的老化要尽可能地小，以保证其 长寿命工作于太空、海底、地下和其他恶劣环境。 • 影响软磁材料稳定工作的因素有低温、潮湿、电磁 场、机械负荷、电离辐射等，在这些因素的影响下， 软磁材料的基本特性参数发生变化，从而导致性能 的变化。
4.2 提高起始磁导率的途径
• 必要条件：提高Ms并降低K1、λs ：的值. • 充分条件：降低杂质浓度，提高密度， 增大晶粒尺寸，结构均匀化，消除内应 力和气孔的影响。这都与配方的选择和 工艺条件密切相关。
提高起始磁导率µ i的途径
一、提高Ms降低磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λs • 材料的起始磁导率µ i 与Ms的平方成正比。 • 最有效方法是从配方和工艺上使K1→0，λs →0. 例如：CoFe2O4、Fe3O4Ms虽高，但K1和λs太大。
4.3.1 电工纯铁
• 纯度：电工纯铁是指纯度在99.8％以上。冶炼时，
首先用氧化渣除之碳、硅、锰等元素，再用还原 渣除去磷和硫，出钢时在钢包中添加脱氧剂获得。 • 软磁性能：经过退火热处理，起始磁导率µi 为 3, Hc为 300—500，最大磁导率µ 为 (6~12) × 10 max 39.8～95.5 A/m。(0.5~1.2Oe) 1 A/m =4/ 103 Oe
二、矫顽力 Hc
• 软磁材料的基本性能要求是，能快速地响应 外磁场变化，这就要求材料具有低矫顽力值。 • 图为在低磁场时就表现出灵敏的响应。
软磁材料典型的磁滞回线示意图
影响矫顽力Hc的因素
• 软磁材料的矫顽力较低: 通常约为0.1-100 A/m 数量级。 • 软磁材料的反磁化过程主要是通过畴壁位移来 实现的，因此材料内部应力起伏和杂质的含量 与分布成为影响矫顽力Hc的主要因素。对于内 应力不易消除的材料，应着重考虑降低 λs；对 于杂质含量较多的材料应着重考虑降低Kl值。 • 对于软磁材料，在提高µ i 的同时可以实现降低 Hc的目的。
功能材料知识点整理及参考答案
一、绪论功能材料的性能本质:外界因素（如外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等）作用于某一物体，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈一定的关系。
材料的不同性能都是由其内部结构来决定的，从材料的内部结构来料加工看，可分为四个层次：原子结构——结合键——原子排列方式——显微组织材料研究的四要素：性质、结构与成分、合成与加工、使用性能一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用，称这种功能为一次功能。
以一次功能为使用目的的材料又被称为载体材料。
二次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换作用，称这种功能为二次功能或高次功能。
（功能转换材料）材料设计可以从电子、光子出发．也可从原子、原子集团出发，可以从微观、显微到宏观。
金属功能材料的功能设计主要有两个方面：（1）寻找具有特定功能的金属材料；（2）利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。
无机非金属功能材料的主要代表是功能玻璃和功能陶瓷。
无机非金属功能材料的功能设计：（1）根据功能的要求设计配方；（2）根据功能的要求设计合适的加工工艺。
功能高分子材料功能设计：（1）通过分子设计合成新功能；（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性；（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合获得新功能；（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
生物医用材料：作为生物体部分功能或形态修复的材料。
能源材料：正在发展，可能支撑新能源体系的建立，满足新能源及节能技术所要求的一类材料。
（新能源材料、节能材料、贮能材料）智能材料：能够感知环境变化并通过自我判断得出结论并执行相应指令的材料。
（形状记忆合金、压电材料、电（磁）致伸缩材料、光纤和电流变体、磁流变体）功能材料的现状：1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。
E04.先进凝固科学与技术
分会主席：苏彦庆、王同敏、王慧远、李金山
单元 E04-1：7 月 11 日下午 主持人：苏彦庆 地点：1 馆-1F-01
13:30-14:00 E04-01（邀请报告） 凝固技术的研究进展与应用 介万奇 西北工业大学
14:00-14:20 E04-02（邀请报告） 凝固/相变过程控制相关理论与方法研究 陈光 南京理工大学
08:30-08:50 E04-58（邀请报告） 铝锂合金析出相调控及其 FML 材料 巫瑞智 哈尔滨工程大学
08:50-09:10 E04-59（邀请报告） 非平衡凝固条件下 Ni3Al 基高温合金组织演变 李冲 天津大学
09:10-09:30 E04-60（邀请报告） 高性能铜合金微结构设计与性能调控 康慧君，李仁庚，陈宗宁，郭恩宇，王同敏，李廷举 大连理工大学
09:45-10:00 E04-37 液态氢化(TiB+TiC)/Ti-6Al-4V 复合材料组织演变及高温变 形行为 王轩 1,2，王亮 2，陈瑞润 2，苏彦庆 2，郭景杰 2 1. 重庆大学 2. 哈尔滨工业大学
10:00-10:15 E04-38 高强耐蚀 Ti-Al-Nb-Zr-Mo 合金的成分优化及组织和力学性 能研究 李志平，苏宝献，陈才敏，骆良顺，王亮，苏彦庆，郭景杰， 傅恒志 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院
17:15-17:30 E04-56 硅在多主元难熔合金 NbMoTiV-xSi 中的析出与强化 徐琴 1，王星 1，毕晓勤 1，陈瑞润 2 1. 河南工业大学 2. 哈尔滨工业大学
17:30-17:45 E04-57 反应铸造法制备颗粒/晶须混杂增强铜基复合材料 姜伊辉，梁淑华 西安理工大学
单元 E04-6：7 月 14 日上午 主持人：王快社 地点：1 馆-1F-01
镁基非晶合金若干方面的探讨
镁基非晶合金若干方面的探讨非晶合金作为一种新材料，在世界范围内受到越来越多的关注。
非晶合金具有优异的化学、物理、力学性能，而这些特性又是金属材料所不具备的，所以非晶合金的研究一直是一个热点问题。
1 镁基非晶合金的特点镁为元素周期表中的ⅡA族碱土金属元素，是密排六方结构，相对分子质量为24.305。
在金属结构中，镁具有众多独特的优势：有丰富的地球资源、1.74g/cm3的最小密度、可再生循环利用等。
镁基非晶合金与其他金属结构材料相比具有很多的优点，如高强度、电磁屏蔽性能、良好的减震性、抗辐射能力强等，具有非常重要的应用价值，应用前景也非常广阔，特别是在汽车、航天、航空等領域。
被称为21世纪的绿色工程材料。
2 镁基非晶合金的发展史1977年，A.Calka等人发现了用快淬法制备Mg-Zn非晶合金，1980年，F.Sommer等人发现了用快淬法制备Mg-Cu非晶合金，制作的均为非晶薄带，较脆且合金含镁量较低，弯曲不到180°。
1989年，S.G.Kim等人发现了Mg-Y非晶合金，1993年，T.Shibata等人发现了Mg-Ca非晶合金。
截至目前，已发现的二元镁基非晶态合金体系共有5种，三元镁基非晶态合金体系共有17种，1991年，A.Inoue等人采用铜模吹铸法制备了Mg65Cu25Y10非晶棒，其长为50mm，直径为4mm。
2000年，A.Inoue等人发现了Mg-Y-（Ni、Cu、Zn）-Mm镁基四元非晶合金体系。
其中，Mg54Cu26.5Ag8.5Gd11非晶态合金的直径尺寸达到了25mm。
2001年，A.Inoue等人发现了Mg65Y10Cu15Ag5Pd5镁基五元非晶。
3 镁基非晶合金的制备方法非晶合金的获得：在大于临界冷却速率的情况下，液态金属快速冷却，由于受到阻碍，结晶过程通过快速凝固，这种状态得以保存，由此而得到。
非晶虽然处于亚稳态，但冷却到玻璃转变温度以下时不会向晶态转变。
Ni基高温合金中Nb的固溶强化
Ni基高温合金中Nb的固溶强化Ni基高温合金中Nb的固溶强化晶格中的部分原子被其他原子置换可产生和位错相互作用的晶格畸变。
Nb在Ni和Cr20-Ni80合金中的溶解度不大，在1200℃时，Nb在Cr20-Ni80中的溶解度为7％，且随着温度的降低溶解度也减小。
Nb和Ni 之间的原子尺寸错配度高达15％左右，这限制了Nb在Ni中的充分溶解。
然而，这样高的原子尺寸错配度在另一方面也表明Nb在产生晶格畸变方面具有很强的能力。
无论Nb含量多少，Nb主要存在于γ相中(~57％)，其次存在于γ…相中(-28％)，在碳化物中的Nb最少(-15％)。
研究发现Nb含量从0％提高到2．46％，7相的点阵间隔从3．5634nm增加到3．5713nm。
γ和γ…相的晶格错配度先从无Nb时的0．76增加到含Nbl．24％时的0．81，之后又开始下降，含Nb量为2．46％时晶格错配度降到原始值。
随着Nb含量从o％提高到2．46％，剪切模量从81．7x103提高到85．0x103。
研究已证实．在含 Cr20％的Ni 和Ni-Fe基625、706和718合金中Nb能起到固溶强化的效果。
据估算，加入2．46％的Nb产生的固溶强化可使合金的屈服强度提高约44Mpa。
这大概占由于Nb的添加而产生的室温屈服强度增加量的一半。
由于随着Nb含量的增加，γ和γ…相的晶格错配度变化不大，因此，Nb对由于晶格错配所产生的共格应变的贡献不大。
结果，合金强度增量的其余部分就主要归因于由于Nb增大合金的反相畴界能而产生的共格应变强化。
Ni基高温合金中Nb的共格相强化我们就可以推测Nb在625、706和718合金中所起的作用。
Nb 所具有的适中的熔点和低弹性模量使Nb在固溶强化方面效果不明显。
其较大的原子半径限制了其在镍基合金中的溶解度，而其正电性特性使Nb易形成稳定的碳化物和氮化物。
另外，Nb的低密度使含Nb合金适于制作转动件，实际上，Nb的最大优势在于其可促进γ，和γ…相的形成。
坡莫合金 非晶 纳米晶
坡莫合金非晶纳米晶坡莫合金是一种特殊的金属合金材料，其独特的结构和性质使其在科学研究和工业应用中具有广泛的应用前景。
它是一种非晶合金材料，也被称为非晶态金属或非晶态合金。
而纳米晶则是一种晶体中晶粒尺寸在纳米级别的材料。
本文将介绍坡莫合金、非晶态和纳米晶的概念以及它们在材料科学和工程中的应用。
坡莫合金是由几种金属元素组成的合金材料，常见的成分包括镍(Ni)、铁(Fe)、铌(Nb)和硼(B)等。
它的制备过程涉及到快速凝固技术，通过迅速冷却合金液体，使其形成非晶态结构。
非晶态是一种无序的结构，与晶态相比，其原子排列没有规律性。
这种非晶态结构使坡莫合金具有许多独特的性质。
坡莫合金具有良好的力学性能。
非晶态结构中的原子无法找到自己的位置，因此坡莫合金具有较高的硬度和强度。
与传统的晶态材料相比，坡莫合金的强度可以提高数倍甚至更多。
这使得坡莫合金在制造高强度结构材料和耐磨材料方面具有广泛的应用前景。
坡莫合金具有优异的耐腐蚀性能。
非晶态结构的坡莫合金表面不容易形成氧化层，从而减少了与氧、水等物质的接触，降低了腐蚀的可能性。
这使得坡莫合金在化学工业、航空航天等领域中得到广泛应用。
坡莫合金还具有良好的磁性能。
由于非晶态结构的坡莫合金具有无序的磁矩排列，使其具有低磁滞、高饱和磁感应强度和高导磁率等特点。
这使得坡莫合金在电子磁性材料、传感器等领域有着广泛的应用。
与非晶态结构相比，纳米晶结构的材料具有更小的晶粒尺寸，通常在纳米级别。
纳米晶具有高比表面积和晶界的丰富性，使其具有许多特殊的性质。
纳米晶材料具有较高的硬度、强度和塑性，同时还具有良好的导电性和热稳定性。
这些性质使得纳米晶材料在材料科学、能源领域、电子器件等方面有着广泛的应用。
纳米晶坡莫合金是将坡莫合金制备成纳米晶结构的材料。
通过合适的处理方法，可以将坡莫合金的晶粒尺寸控制在纳米级别。
纳米晶坡莫合金继承了坡莫合金的优异性能，同时还具有纳米晶材料的特殊性质。
因此，纳米晶坡莫合金在高强度结构材料、耐磨材料、电子器件等领域有着广泛的应用前景。