机械合金化制备高熵合金研究进展
高熵合金(FeCoCrNiMn)制备新工艺开发及产品应用研究

高熵合金(FeCoCrNiMn)制备新工艺开发及产品应用研究高熵合金(FeCoCrNiMn)制备新工艺开发及产品应用研究摘要:高熵合金是一种由多种元素组成,具有高度均匀固溶度的新型金属材料。
本文通过开发新的工艺制备高熵合金(FeCoCrNiMn),并对其在不同领域的产品应用进行研究。
通过采用真空熔炼与高温合金化的方法,成功制备出具有均匀结构的高熵合金材料。
通过对其力学性能、热稳定性以及耐腐蚀性进行测试,证明了FeCoCrNiMn高熵合金在航空航天、能源、汽车和医疗等领域具有广阔的应用前景。
一、引言高熵合金是一种由多种元素组成,元素浓度相对均匀的新型合金材料。
其具有独特的组织结构和优异的性能,被广泛应用于航空航天、能源、汽车和医疗等领域。
为了开发新的高熵合金材料,在此针对FeCoCrNiMn合金进行了研究。
二、材料与方法本研究采用真空熔炼法与高温合金化工艺相结合的方法,制备了FeCoCrNiMn高熵合金。
首先,选取适当比例的Fe、Co、Cr、Ni和Mn等原料,并将其放入真空熔炉中进行熔炼。
随后,将熔炼后得到的合金块进行加热处理,达到高温合金化的目的。
三、结果与讨论通过X射线衍射、扫描电镜和能谱仪等分析手段,对制备得到的高熵合金进行了表征。
结果显示,FeCoCrNiMn合金样品具有均匀的固溶度和细小的晶粒尺寸。
同时,该合金还表现出较高的强度和良好的塑性,满足了广泛的应用需求。
进一步的测试还表明,FeCoCrNiMn高熵合金具有良好的热稳定性和抗腐蚀性能。
在高温环境下,该合金表现出较低的应力松弛和持久力。
此外,在腐蚀试验中,该合金也显示出较低的腐蚀速率。
这些优异的性能使得FeCoCrNiMn合金适用于航空航天和能源领域,如高温燃烧器、燃气涡轮等。
四、结论本研究通过开发新的工艺制备了高熵合金(FeCoCrNiMn)。
通过对其力学性能、热稳定性和耐腐蚀性进行测试,证明了该合金在航空航天、能源、汽车和医疗等领域具有广阔的应用前景。
高熵合金的研究现状
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合金 结构简 单, Al 元 素 对 合 金 结 构 转 变及 硬度 、 摩 擦磨 损行 为起 到重 要
I N S I G H T
为 真空 电弧 炉熔 铸法 , 其 他 的制备 方 法有 : 机械合 金化法 、 电化学 法 、 热喷 涂法、 磁控 溅 射法 、 粉 末 冶金法 、 激 光
熔 覆法 。 其 中激 光熔 覆法 是 最近 发展 女 表 面 e Ni Ti Al C o Cr Cu 系
度。 研究表明, 高 熵 合 金在 1 0 0 0 ℃的 高 温下进 行 长时 间( 约1 2 h ) 的热处 理 后, 硬度 不降反升 , 与传 统合金形 成了
= 高熵合金的制备方法与性 O. 9 2 0 1 4圜
I 。
在合金 基体 内部形成纳 米晶颗粒 。
③高 熵 合金 拥有 极 大 的混乱 度 ,
特 别是 在高 温 下 , 其混 乱度 将 会变 得 更大 。 根据 合金 自由能越低 , 则合 金系
械性能 也将 会产生极 大的变化 。
⑥高熵合金 中总有一些元素 , 如铝 ( A1 ) 元素 , 会使合金产 生致密氧化 物,
I N S I G H T I 匪薹
高熵合金的研究现状
■ 文 /邱 星武 四川建 筑职业技术 学院
高 熵合 金 又称 高混 乱度 合 金 , 是 由我 国台 湾学 者 在 2 0 世纪 9 0 年 代率 先 打破 传 统合 金设 计模 式 , 提 出 的新 合 金设 计 理念 , 并成 功采 用真 空 电弧 炉 熔铸 法 制备 了高 熵合 金 。 高熵 合 金 所 含元 素为 5 种或5 种 以上 , 该类合 金
统 越趋 于 稳定 的原 则 , 高熵 合 金在 高 温 下 的稳 定性 依然 极高 , 固溶 强化 依
材料科学中的高熵合金:探索高熵合金的制备方法、微观结构与优异性能
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材料科学中的高熵合金:探索高熵合金的制备方法、微观结构与优异性能摘要高熵合金(HEAs)作为一种新型的多主元合金材料,因其独特的微观结构和优异的综合性能而备受关注。
本文综述了高熵合金的制备方法、微观结构特征及其对力学、物理和化学性能的影响。
重点讨论了高熵合金在高温、腐蚀和磨损等极端环境下的应用潜力,并展望了其未来的发展方向。
关键词:高熵合金,制备方法,微观结构,力学性能,应用1. 引言传统合金通常以一种或两种主要元素为主,其他元素作为合金化元素添加。
然而,高熵合金打破了这一传统观念,它由五种或五种以上主要元素组成,每种元素的原子占比在5%到35%之间。
这种独特的成分设计赋予了高熵合金高构型熵、晶格畸变和缓慢扩散效应等特点,使其在许多方面表现出优于传统合金的性能。
2. 高熵合金的制备方法高熵合金的制备方法多种多样,主要包括以下几种:•真空熔炼法:这是最常用的制备方法,通过在真空环境下熔炼多种金属元素,然后进行凝固和后续热处理,可以获得成分均匀的高熵合金。
•粉末冶金法:将多种金属粉末混合均匀后,通过压制和烧结等工艺制备高熵合金。
这种方法适用于制备成分复杂或熔点差异较大的高熵合金。
•机械合金化法:通过高能球磨将多种金属粉末混合均匀,并诱发固态反应,形成高熵合金相。
•增材制造法:利用激光或电子束等能量源,逐层熔化金属粉末或丝材,构建三维高熵合金零件。
这种方法具有设计灵活、制备周期短等优点。
3. 高熵合金的微观结构高熵合金的微观结构与其成分、制备工艺和热处理制度密切相关。
主要包括以下几种:•单相固溶体:这是最常见的微观结构,所有元素均匀分布在晶格中,形成面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或密排六方(HCP)等结构。
•多相结构:高熵合金中可以形成多种金属间化合物、固溶体或非晶相等,这些相的分布和形态对合金的性能有重要影响。
•纳米晶/非晶结构:通过快速凝固、机械合金化或增材制造等方法,可以获得具有纳米晶或非晶结构的高熵合金,这些结构通常具有更高的强度和硬度。
CoCrFeNi_系高熵合金研究进展
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精密成形工程第15卷第8期孟爽,国栋,赵冬凤,余青,林毛毛(天津职业技术师范大学机械工程学院,天津 300222)摘要: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。
关键词:高熵合金;CoCrFeNi系;模拟计算;合金元素;力学性能DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.08.019中图分类号:TG139 文献标识码:A 文章编号:1674-6457(2023)08-0156-13Research Progress of CoCrFeNi High Entropy AlloyMENG Shuang, GUO Dong, ZHAO Dong-feng, YU Qing, LIN Mao-mao(Faculty of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)ABSTRACT: As a new high performance material, high entropy alloy has gradually got the attention of the world in recent years due to its distinctive microstructure and properties. The diversified element composition not only avoids the formation of complex phase structures in the traditional concept, but also exhibits superior performance to conventional alloys and has a wide range of potential applications. The CoCrFeNi system is now the mostly studied high entropy alloy system, which is mostly seen in the modification of the original alloy system through the addition of other elements and annealing treatment to produce supe-rior material properties. The definition and characteristics of a high entropy alloy combined with the CoCrFeNi system were firstly examined and summarized. Then, the structure prediction, calculation of layer fault energy and defect dynamics analysis of CoCrFeNi high entropy alloy were discussed from the perspective of thermodynamics and dynamics. Next, the effect of Al, Ti, Cu, Mn and C elements on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy was summarized. Fi-收稿日期:2023-04-21Received:2023-04-21基金项目:国家自然科学基金(52074193);天津市自然科学基金科技计划重点项目(22JCZDJC00770);天津市教委科研计划重点项目(2022ZD022)Fund:National Natural Science Foundation of China(52074193); Key Project of Tianjin Natural Science Foundation Science and Technology Program(22JCZDJC00770); Key Projects of the Tianjin Education Commission's Research Program(2022ZD022)作者简介:孟爽(1995—),女,硕士生,主要研究方向为高熵合金。
高熵合金的特点及其研究现状
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高熵合金的特点及其研究现状高熵合金(High-Entropy Alloys)是一种新型的金属材料,其特点主要体现在以下几个方面:1.多元组分:高熵合金由多个元素组成,通常由五种或更多元素组成,每种元素的摩尔百分比相近。
与传统的合金相比,高熵合金的元素组成更加均匀,更多元化。
这种均衡的组成能够增加材料的稳定性和均一性。
2.高熵效应:高熵合金中的元素呈现出一种无序分布的特征,这种无序分布被称为高熵效应。
高熵效应使得材料具有更高的熵(即元素的随机性),从而导致材料具有独特的结构和性能。
高熵效应能够提高合金的力学性能、耐腐蚀性和高温稳定性等方面的特点。
3.高强度和硬度:高熵合金由于结构的复杂性和高熵效应的存在,通常表现出非常高的强度和硬度。
这使得高熵合金在航空航天、汽车、能源和医疗设备等领域具有巨大的应用潜力。
4.耐腐蚀性:高熵合金中多元素的存在能够增强材料的耐腐蚀性。
高熵合金能够在极端环境下有良好的抗氧化和耐腐蚀性能,使其成为一种理想的材料选择。
目前,高熵合金的研究领域主要有以下几个方面:1.合金设计:合金设计是高熵合金研究中的关键问题。
通过制定适合的合金设计策略,可以合理选择不同元素的摩尔百分比和比例,以实现理想的性能。
常用的合金设计策略包括等原子比合金、渗碳合金等。
2.组织结构研究:研究高熵合金的组织结构对于了解其性能和行为具有重要意义。
通过使用传统的金相显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等技术,可以观察合金的晶体结构、相组成和相变行为等。
3.模拟计算:通过分子动力学模拟和第一性原理计算等方法,能够模拟高熵合金的微观结构和性能。
这些计算方法为合金设计和性能预测提供了重要的理论依据。
4.性能优化:通过引入合适的合金元素和调整合金组成,可以进一步提高高熵合金的性能。
例如,通过添加一定比例的轻质元素,可以增强合金的塑性和韧性,从而改善其加工性能。
总体而言,高熵合金是近年来材料科学研究的热点领域之一、在未来,随着更多的研究和应用,我们可以期待高熵合金在各种领域的广泛应用和进一步发展。
高熵合金的发展及工业应用展望
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三、高熵合金的研究进展
3、物理性能:高熵合金的物理性能也表现出独特的特性,如良好的热导率、 电导率和磁导率等。这些特性使其在电子设备、能源转换和存储设备等领域有广 泛的应用前景。
内容摘要
高熵合金是指由五种或五种以上元素以等原子比或近等原子比混合而成的合 金。与传统合金相比,高熵合金具有一些显著的优势。首先,高熵合金可以大幅 度降低生产成本和资源消耗。由于其简单的制备工艺和低廉的原材料成本,高熵 合金可以为制造业带来巨大的经济效益。其次,高熵合金具有优异的物理、化学 和机械性能,如高强度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等。这些特性使得高 熵合金具有广泛的应用前景。
内容摘要
高熵合金的应用领域非常广泛。在汽车制造业中,高熵合金可以被用于制造 发动机部件和底盘零件等关键部位,以提升其耐高温、耐腐蚀和抗疲劳性能。在 航空航天领域,高熵合金可用于制造航空发动机和航天器结构部件,以增强其高 温强度和抗疲劳性能。此外,高熵合金在电子、医疗和能源等领域也有着广泛的 应用。
三、高熵合金的关键技术分析
3、制备工艺:在制备过程中,需要对原材料的纯度、熔炼温度、熔炼时间、 冷却速度等工艺参数进行严格控制,以确保合金获得最佳的组织结构和性能。
四、应用前景总结
四、应用前景总结
高熵合金作为一种新型的高性能材料,具有广阔的应用前景。在航空航天、 汽车制造、石油化工、医疗器械等领域,高熵合金都具有重要的应用价值。然而, 要实现这些应用,还需要解决制备技术、成本等方面的问题。未来,随着技术的 不断进步和新材料的发展,高熵合金的应用前景将更加广阔。
各类高熵合金的研究进展
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各类高熵合金的研究进展高熵合金(High Entropy Alloys,HEAs),又称为多主元合金或超高质量合金,是由五个或更多不同元素组成的合金。
与传统的合金不同,高熵合金的元素组成非常多样,因此它们具有出色的力学、热学和电学性能。
近年来,高熵合金的研究引起了广泛的关注,并在许多领域展示了潜在的应用价值。
以下是各类高熵合金的研究进展的概要:1.基于过渡金属的高熵合金:基于过渡金属的高熵合金是目前最广泛研究的一类高熵合金。
这些合金由过渡金属元素(如Ti、V、Cr、Fe和Ni)组成,通常与其他非过渡金属元素(如Al和Si)以及稀土元素(如Y、La和Ce)共同形成。
通过调节元素的组成和比例,可以实现合金具有出色的机械性能、耐热性能和耐腐蚀性能。
2.基于高熔点金属的高熵合金:基于高熔点金属的高熵合金以高熔点金属元素(如Mo、Nb、Ta、W和Re)为基础,添加其他金属元素以增强强度和韧性。
这些合金通常具有较高的熔点和优异的耐热性能,适用于高温应用领域,如航空航天和能源。
3.基于贵金属的高熵合金:基于贵金属的高熵合金由贵金属元素(如Au、Ag和Pt)组成,通常与其他合金元素(如Cu和Ni)共同形成。
这些合金因其良好的力学性能和化学稳定性而备受关注,可用于珠宝、电子器件和催化剂等领域。
4.基于非金属的高熵合金:基于非金属的高熵合金是由非金属元素(如碳、氮和硼)以及合金元素(如Cr和Fe)构成的。
这些合金通常具有优异的硬度、强度和耐磨性能,适用于刀具、磨料和涂层等领域。
在高熵合金领域的研究中,近年来涌现出一些新的进展,例如:-通过合金化元素和热处理工艺的优化,改善了高熵合金的机械性能和耐蚀性能。
例如,在基于过渡金属的高熵合金中,通过优化元素的配比可以获得高强度和高韧性的合金。
-研究人员还探索了高熵合金的相变行为和微观组织结构对性能的影响。
通过理解相变机制和凝固过程,可以调控高熵合金的组织结构,从而实现更好的性能。
高熵合金的研究现状毕业论文
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⾼熵合⾦的研究现状毕业论⽂⾼熵合⾦的研究现状毕业设计(论⽂)原创性声明和使⽤授权说明原创性声明本⼈郑重承诺:所呈交的毕业设计(论⽂),是我个⼈在指导教师的指导下进⾏的研究⼯作及取得的成果。
尽我所知,除⽂中特别加以标注和致谢的地⽅外,不包含其他⼈或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历⽽使⽤过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个⼈或集体,均已在⽂中作了明确的说明并表⽰了谢意。
作者签名:⽇期:指导教师签名:⽇期:使⽤授权说明本⼈完全了解⼤学关于收集、保存、使⽤毕业设计(论⽂)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论⽂)的印刷本和电⼦版本;学校有权保存毕业设计(论⽂)的印刷本和电⼦版,并提供⽬录检索与阅览服务;学校可以采⽤影印、缩印、数字化或其它复制⼿段保存论⽂;在不以赢利为⽬的前提下,学校可以公布论⽂的部分或全部内容。
作者签名:⽇期:学位论⽂原创性声明本⼈郑重声明:所呈交的论⽂是本⼈在导师的指导下独⽴进⾏研究所取得的研究成果。
除了⽂中特别加以标注引⽤的内容外,本论⽂不包含任何其他个⼈或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本⽂的研究做出重要贡献的个⼈和集体,均已在⽂中以明确⽅式标明。
本⼈完全意识到本声明的法律后果由本⼈承担。
作者签名:⽇期:年⽉⽇学位论⽂版权使⽤授权书本学位论⽂作者完全了解学校有关保留、使⽤学位论⽂的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论⽂的复印件和电⼦版,允许论⽂被查阅和借阅。
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涉密论⽂按学校规定处理。
作者签名:⽇期:年⽉⽇导师签名:⽇期:年⽉⽇注意事项1.设计(论⽂)的内容包括:1)封⾯(按教务处制定的标准封⾯格式制作)2)原创性声明3)中⽂摘要(300字左右)、关键词4)外⽂摘要、关键词5)⽬次页(附件不统⼀编⼊)6)论⽂主体部分:引⾔(或绪论)、正⽂、结论7)参考⽂献8)致谢9)附录(对论⽂⽀持必要时)2.论⽂字数要求:理⼯类设计(论⽂)正⽂字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),⽂科类论⽂正⽂字数不少于1.2万字。
高熵合金的制造工艺、性能及应用研究
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高熵合金的制造工艺、性能及应用研究任务书1.设计的主要任务及目标1)掌握高熵合金的概念、了解高熵合金和传统合金的区别2)掌握高熵合金的制造工艺。
3)掌握高熵合金的性能特点及其应用。
通过查阅文献获得高熵合金的具体制造工艺、各种性能指标及应用范围。
2.设计的基本要求和内容1)查阅10篇以上的科技文献。
2)完成毕业设计的各项任务3)完成毕业设计的开题答辩、中期检查。
4)按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。
3.主要参考文献[1]李建忠,张志.《多主元高熵合金FeCoNiCuxA1微观组织结构和性能》J.中国材料科技与设备,2008.6[2]李安敏,张喜艳.《Al对Al-Cr-Cu-Fe-Ni高熵合金的组织与硬度的影响》J.热加工工艺,2008,37(4):26-28.[3]高家诚,李锐《AlZnSnSbPbMnMg高熵合金显微组织和耐热性的研究》重庆大学材料科学与工程学院。
[4]张林,边秀房.《铝硅合金的液相转变》j.1995,4.进度安排高熵合金的制造工艺、性能及应用研究摘要:中国台湾学者首次制备高熵合金的方法是真空电弧炉熔铸法, 而后应用磁控溅射方法制备多主元高功能合金镀膜。
近期印度学者应用机械合金化的方法也成功制备了高熵合金。
高熵合金可以采用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜, 使其应用多姿多彩。
作为一种新型的合金材料,高熵合金表现出许多优良的特性,其中极高的硬度、强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性以及良好的塑韧性等是其显著特点。
多主元高熵合金表现出与传统合金不同的特性,而且通过不同的元素搭配可获得种类繁多的新型合金。
高熵合金不同于传统合金的设计理念为新型合金打开了一扇新的大门,是通向另外一个合金世界的窗口。
高熵合金所具有的结构特性和性能特性使其具有广阔的应用前景。
关键词:高熵合金,特性,应用Hi gh entropy alloys manufacture process, performance andapplication researc hAbstract:Chinese scholars in Taiwan for the first time the preparation of high entropy alloys is the vacuum arc furnace smelting method, and application of magnetron sputtering method preparation of many principal component function of high alloy coating. The recent Indian scholar application of mechanical alloying method has high entropy alloys was successfully achieved. High entropy alloys can be used in a traditional casting, forging, powder metallurgy, spraying and coating method to make a piece of material, coating, or thin film, make its application more colorful.As a new type of alloy material, high entropy alloys exhibit many excellent characteristics, including high hardness, strength, good thermal stability and corrosion resistance and good plastic toughness is its salient features. Many principal characteristics of high entropy alloys show different from the traditional alloy, and through different element collocation can obtain a wide variety of new type alloy.Different from traditional high entropy alloy design concept for the new type of alloy opens a new door, leads to another alloy window of the world. Structure features and performance characteristics of high entropy alloys have has the broad application prospect.Keywords: High entropy alloys, characteristics, application目录1前言 (1)1.1概述 (1)1.2论文研究的目的及意义 (2)1.3高熵合金的研究现状 (4)2高熵合金相关概念 (12)2.1高熵合金的定义 (12)2.1.1固溶体混合熵的定义 (12)2.1.2高熵合金的界定 (13)2.2高熵合金的理论依据 (14)3高熵合金的制备、性能及应用 (16)3.1高熵合金的制备 (16)3.1.1激光熔覆熔炼法 (16)3.1.2电弧熔炼法 (16)3.1.3高频感应炉加热熔炼 (17)3.1.4其他熔炼方法 (18)3.2高熵合金的性能 (18)3.3多主元效应 (19)3.4高熵合金的应用 (21)4高熵合金涂层的金相组织观察 (24)4.1仪器介绍 (24)4.2金相组织观察 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)1前言1.1概述自古以来,金属材料的发展对人类文明就有着极大的影响,人类由石器时代进入铜器时代再进入铁器时代,几千年来一直是把金银铜铁锡等五金当作饰品、器具、工具、武器的主体材料。
高熵合金材料的研究进展
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高熵合金材料的研究进展高熵合金材料是一种近年来备受关注的新型金属材料,其主要特点是具有高度的熵值和良好的机械性能。
与传统的单组元合金相比,高熵合金材料由多种元素组成,且其组成成分中每种元素的比例都非常接近,因此其组织结构也具有高度的熵值。
高熵合金材料有着广泛的应用前景,可以在能源、航空航天、机械制造等领域得到应用,因此研究高熵合金材料的制备和性能也已经成为了当代材料科学研究领域的热门话题。
一、高熵合金材料的制备方法目前,高熵合金材料的制备方法主要包括机械合金化法、电弧熔炼法、热喷涂法和粉末冶金法等。
其中,机械合金化法是一种将微米级别的元素混合在一起,并通过球磨或高能球磨等手段对元素进行混合的方法,其优点是可以实现成分的精细调节和微观组织的控制;电弧熔炼法则是一种高温下将元素熔化混合的方法,其优点是可以得到高质量的高熵合金材料;热喷涂法可以通过在基材上喷涂不同种类的元素,再进行处理得到高熵合金材料;粉末冶金法则是通过混合不同元素的粉末,并进行冷压成型、热处理等步骤,最终得到高熵合金材料的方法。
二、高熵合金材料的性能高熵合金材料的主要特点是组成成分中各元素比例相似,因此其组织结构也更为随机和复杂,形成了一种具有高度熵值的材料,故具有一系列独特的性能。
其中,高熵合金材料的高温下的稳定性比较好,可以在高温下保持较好的机械性能;高熵合金材料的抗腐蚀性能也比较好,不会在湿润、潮湿环境下发生氧化、腐蚀等问题,可以作为一种新型的耐腐材料;此外,高熵合金材料还具有高的硬度和韧性,可以在极端条件下工作等。
三、高熵合金材料的应用前景高熵合金材料的特殊性能为其在能源、航空航天、机械制造等领域的应用提供了广泛的前景。
例如,在航空航天领域,高熵合金材料可以作为结构材料、燃料喷嘴材料和导热材料等使用;在能源领域,高熵合金材料可以作为核反应堆内部结构材料、太阳能电池材料等使用;在机械制造领域,高熵合金材料可用于制造刀具、模具、轴承等特殊用途的零件。
高熵合金新材料的研究进展
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高熵合金新材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和工程需求的日益提高,新材料的研究与开发已经成为推动社会发展的重要驱动力。
高熵合金作为一种新型合金材料,以其独特的组织结构和优异的性能引起了国内外学者的广泛关注。
本文旨在全面综述高熵合金新材料的研究进展,包括其定义、特性、制备方法、应用领域以及面临的挑战等方面,以期为相关领域的研究人员和技术人员提供参考。
高熵合金,也被称为多主元合金,是一类由五种或五种以上主要元素组成的合金,这些元素在合金中的含量通常在5%至35%之间。
由于其组成元素的多样性,高熵合金在组织结构、力学性能、物理性能等方面表现出与众不同的特点。
与传统合金相比,高熵合金通常具有高强度、高硬度、高耐磨性、高热稳定性以及良好的抗腐蚀性能等。
本文将从高熵合金的制备技术、性能优化、应用拓展等多个方面,系统介绍高熵合金的研究现状和发展趋势。
也将探讨高熵合金在实际应用中面临的挑战和未来的发展方向,以期为高熵合金的进一步研究和应用提供有益的参考和启示。
二、高熵合金的制备技术与工艺高熵合金作为一种新型金属材料,其制备技术与工艺对于其性能和应用具有至关重要的影响。
目前,研究者们已经探索出多种制备高熵合金的方法,包括熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法以及溅射法等。
熔炼法是最早用于制备高熵合金的方法之一,它通过将不同元素的原料混合在一起,然后在高温下进行熔炼,使元素间充分扩散和混合,最终得到高熵合金。
这种方法制备出的高熵合金成分均匀,但可能会受到杂质元素的影响,导致性能下降。
粉末冶金法是一种通过粉末混合、压制和烧结等步骤制备高熵合金的方法。
这种方法可以精确控制合金的成分,并且能够在较低的温度下制备出高熵合金,避免了熔炼过程中可能出现的氧化和挥发等问题。
然而,粉末冶金法制备的高熵合金可能存在孔隙和密度不均等问题。
机械合金化法是一种通过高能球磨等机械方式使元素粉末混合并发生固态反应制备高熵合金的方法。
这种方法可以在较低的温度下实现元素间的混合和反应,制备出的高熵合金具有纳米结构,性能优异。
高熵合金典型微观结构和性能研究进展

陕西理工大学学报!自然科学版)Journal of Shaanxi University of Technology ( Natural Science Edition)2021年4月第37卷第2期Apr. 2021Vol. 37 No. 2引用格式:赵',冯小明,艾桃桃•高.合金典型微观结构和性能研究进展[J ]・陕西理工大学学报!自然科学版),2021,37(2) &1-8.高"合金典型微观结构和性能研究进展赵 -1,冯小明1>2*,艾桃桃(1.陕西理工大学材料科学与工程学院,陕西汉中723000;2.陕西理工大学矿渣综合利用环保技术国家地方联合工程实验室,陕西汉中723000)摘要:综述了高7合金典型微观结构和性能的研究进展。
高7合金是多种元素以等摩尔比 或近等摩尔比经过干法或湿法工艺制备而成,凝固后形成相对简单的相,具有4个核心效应, 即高7效应、缓慢扩散效应、严重的晶格畸变以及鸡尾酒效应,表现出高强、高硬、耐蚀、耐磨、 耐热性等优异性能,在许多领域都具有潜在的应用价值。
总结了高7合金的制备方法,介绍了 高7合金的典型特征以及组织和性能的基础研究,最后对高7合金的未来进行了展望$ 关键词:高7合金;核心效应;微观结构;性能中图分类号:TG133 文献标识码:A 文章编号:2096-3998(2021)02-0001-08近年来,高.合金(High-entropy alloys , HEAs )因其独特的成分、微观结构和力学性能而备受关 注[1])与传统的合金设计概念不同,HEAs 不仅基于一种或两种元素,而且至少可包含5种主元素,原 子百分比相同或接近相同,溶质和溶剂之间没有明显的差异,合成时可能产生许多相和金属间化合物, 从而导致复杂而脆弱的微观结构。
但实验结果发现合金中较高的混合.增强了具有简单结构的随机固 溶相的形成,这为HEA s 的研究奠定了基础,也为新的合金设计提供了新的思路[2])HEAs 有两个定义,分别从组成和.的角度对HEAs 进行了界定,但与此同时,关于多组元合金是否 可以视为HEAs 依然存在着一些困惑和争议。
高熵合金制备方法进展

高熵合金制备方法进展一、本文概述随着材料科学的快速发展,高熵合金作为一种新型金属材料,因其独特的性能和设计理念,在近年来引起了广泛关注。
高熵合金,又称为多主元合金,突破了传统合金的设计理念,通过组合多种主要元素,形成固溶体,从而展现出优异的力学、物理和化学性能。
本文旨在全面概述高熵合金的制备方法及其最新进展,以期对高熵合金的进一步研究与应用提供有益的参考。
本文将首先介绍高熵合金的基本概念、特点及其应用领域,为后续制备方法的分析提供理论基础。
随后,将重点综述目前常见的高熵合金制备方法,如熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法等,并分析各方法的优缺点及适用范围。
还将探讨新兴制备方法,如增材制造技术在高熵合金制备中的应用及其前景。
本文将总结高熵合金制备方法的最新进展,并展望未来的发展趋势。
通过不断优化制备方法,提高高熵合金的性能和稳定性,有望为航空航天、能源、生物医学等领域提供更为先进和可靠的材料解决方案。
二、高熵合金制备方法概述高熵合金作为一种新型金属材料,其制备方法在近年来得到了广泛的研究和发展。
目前,高熵合金的制备方法主要包括熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法以及溅射法等。
这些方法各有优缺点,适用于不同的高熵合金体系和应用场景。
熔炼法是最常用的一种高熵合金制备方法,包括真空感应熔炼、电弧熔炼等。
这种方法通过高温熔化各组分金属,然后冷却凝固得到高熵合金。
熔炼法操作简单,成本低,适用于大规模生产。
然而,由于熔炼过程中易产生元素挥发、偏析等问题,因此制备出的高熵合金成分均匀性较差。
粉末冶金法是一种通过粉末混合、压制、烧结等步骤制备高熵合金的方法。
这种方法可以有效地控制合金的成分均匀性,避免元素挥发和偏析等问题。
同时,粉末冶金法还可以制备出具有特殊结构和性能的高熵合金,如纳米晶、非晶等。
但是,粉末冶金法工艺流程复杂,成本较高,限制了其在大规模生产中的应用。
机械合金化法是一种通过高能球磨等机械方式制备高熵合金的方法。
高熵合金的研究进展
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高熵合金的研究进展邓景泉1,操振华2(1.滁州学院机械学院,安徽滁州239000;2.南京大学现代工程与应用科学学院,南京210093)摘要:高熵合金(HEAs )是多主元合金设计理念下正处在探索阶段的新型合金。
本文从高熵合金的成分、相结构、制备工艺及性能等方面归纳、分析、综述了国内外最新研究进展,文章结尾讨论了该类合金的研究及发展趋势。
关键词:高熵合金;多主元;结构性能中图分类号:TB331;TF133;TB304文献标志码:A文章编号:1673-2928(2018)06-0011-05收稿日期:2018-08-20基金项目:国家自然科学基金(51671103)。
作者简介:邓景泉(1966-),男,安徽蒙城人,博士,副教授,主要从事金属材料工艺及性能研究。
DOI:10.19329/ki.1673-2928.2018.06.0042018年11月第17卷第6期(总第96期)安阳工学院学报Journal of Anyang Institute of TechnologyNov,2018Vol.17No.6(Gen.No.96)2004年我国台湾Yeh 在Advanced EngineeringMaterials 第一次提出了高熵合金的概念[1-2],至今被引用800余次。
高熵合金应用是一个全新的设计理念:多组员,4种或5种及以上;多主元,即每种合金元素的原子百分比相等或近似相等,每种元素都是主要元素,构成纳米尺度的材料复合,产生“鸡尾酒”效应(如图1所示)。
根据热力学知识,形成合金的自由能为:ΔGmix=ΔHmix -TΔSmix 。
当合金的混合熵高到一定程度,其足以抵消混合焓的作用时,高熵的状态是自由能为负、相对稳定的状态[3]。
合金系的混乱度高即体系的混合熵高,合金的有序度差,趋向于生成具有简单结构的相,而且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相律所预测的合金体系平衡相数目[4-5]。
高熵合金由于多主元原子尺寸差异导致晶格各个阵点位置不同程度的偏移,产生晶格畸变。
高熵合金的制备与物理性质研究
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高熵合金的制备与物理性质研究近年来,随着先进制造技术的快速发展,高熵合金作为新型材料备受研究者的关注。
高熵合金拥有许多令人瞩目的性质,如高熔点、优异的耐腐蚀性、高强度和良好的塑性等,因此具有广泛的应用前景。
在这篇文章中,我们将重点探讨高熵合金的制备方法以及其物理性质的研究。
高熵合金的制备可以采用多种方法,其中最常见的是机械合金化和熔融法。
机械合金化是通过将不同金属粉末混合并进行高能球磨制备高熵合金。
熔融法则是将各种金属元素熔化混合,然后快速冷却以制备高熵合金。
这两种方法各有优劣,研究者们可以根据不同应用的需求选择适合的制备方法。
不同于传统合金,高熵合金具有固溶体形式的晶格结构,这使得它具备了优异的性质。
例如,在高熵合金中,元素原子的随机分布增加了晶格中的位错数量,从而提高了合金的抗变形能力。
此外,高熵合金的高熵效应也是其独特性质之一。
高熵效应是指在高熵合金中,由于多个成分之间的相互作用,晶格稳定化和化学弥散反应减弱,从而提高了合金的热稳定性和力学性能。
高熵合金的物理性质研究也取得了显著进展。
例如,一些研究者对高熵合金的磁性性能进行了深入研究。
他们发现在某些高熵合金中,由于不同元素的相互作用,合金呈现出非常稳定的铁磁性。
这种非常稳定的磁性使得高熵合金在磁记录媒体、传感器和磁性存储器等领域具有潜在的应用价值。
此外,高熵合金的电学性质也备受关注。
研究者们发现高熵合金在不同成分比例下可以呈现出多种电学特性,如金属、半导体和绝缘体。
这种多样的电学性质使得高熵合金在电子器件和光电器件等领域具有广泛的应用前景。
除了磁性和电学性质研究外,高熵合金的热学性质也受到密切关注。
由于高熵合金的高熵效应,其热稳定性非常好,能够在高温、高压和极端环境下保持稳定的结构和性能。
这使得高熵合金在航空航天和核能等领域具有重要的应用价值。
总的来说,高熵合金的制备与物理性质的研究具有广阔的前景。
随着对高熵合金深入理解的增加,我们可以预见到更多新型高熵合金的问世。
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》范文

《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》篇一摘要:本文以AlCoCrFeNi高熵合金颗粒为增强相,通过一系列工艺流程制备了Al基复合材料,并对其制备过程及界面行为进行了深入研究。
本文首先详细介绍了材料制备的工艺流程,接着探讨了合金颗粒与Al基体之间的界面结构与性能,最后分析了复合材料的力学性能及微观组织结构。
一、引言随着现代工业的快速发展,对材料性能的要求日益提高。
高熵合金因其独特的物理和化学性质在材料科学领域受到广泛关注。
本文选择AlCoCrFeNi高熵合金作为增强相,与Al基体复合,以期得到性能更加优异的复合材料。
该研究不仅对理解合金颗粒增强Al基复合材料的界面行为具有理论意义,也对实际应用中的材料设计提供参考。
二、材料制备(一)制备工艺本文采用粉末冶金法进行AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al 基复合材料的制备。
具体包括原料准备、混合、热压烧结等步骤。
其中,选择纯度较高的Al、Co、Cr、Fe和Ni元素粉末作为原料,经过机械合金化方法得到高熵合金颗粒。
(二)制备流程1. 原料准备:按照所需比例准确称量各元素粉末。
2. 混合:将称量好的粉末放入球磨机中混合均匀。
3. 热压烧结:将混合后的粉末放入热压炉中,在一定温度和压力下进行烧结,得到复合材料。
三、界面行为研究(一)界面结构分析利用透射电子显微镜(TEM)对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒与Al基体之间的界面结构进行了观察。
结果显示,界面处存在明显的晶格畸变和原子扩散现象,形成了良好的冶金结合。
(二)界面性能研究通过硬度测试和剪切强度测试,研究了界面的力学性能。
结果表明,界面处具有较高的硬度和良好的剪切强度,表明界面结合牢固。
四、力学性能及微观组织结构分析(一)力学性能分析复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率均有所提高,显示出良好的力学性能。
其中,高熵合金颗粒的加入起到了显著的增强作用。
(二)微观组织结构分析通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对复合材料的微观组织结构进行了观察和分析。
高熵合金增材制造技术研究进展
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第34卷第6期2020年12月 江苏科技大学学报(自然科学版)JournalofJiangsuUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition) Vol 34No 6Dec.2020 DOI:10.11917/j.issn.1673-4807.2020.06.007高熵合金增材制造技术研究进展丁红瑜1,何进超2(1.江苏科技大学海洋装备研究院,镇江212003)(2.广州特种承压设备检测研究院,广州510663)摘 要:高熵合金是近十几年来迅速发展起来的一类多组元合金,具有很多优异的性能.增材制造技术是一种短流程的先进制造工艺,能实现复杂零件的近净成型.因此,研究高熵合金的增材制造技术很有应用前景.文中分析了高熵合金目前的研究热点,总结了采用增材制造工艺制造高熵合金的最新研究进展,对于开展相关领域的研究具有一定的参考意义.关键词:高熵合金;增材制造;选区激光熔化;直接激光沉积;Cantor合金中图分类号:TG456 7 文献标志码:A 文章编号:1673-4807(2020)06-035-07收稿日期:2019-09-06 修回日期:2020-01-06基金项目:国家重点研发计划资助项目(2018YFC0310400);江苏省自然科学青年基金项目(BK20190979);江苏高校高技术船舶协同创新中心/江苏科技大学海洋装备研究院资助项目(1174871801-2,1174871801-9)作者简介:丁红瑜(1984—),男,助理研究员,博士,研究方向为高性能金属材料增材制造.E mail:dinghongyu2018@just.edu.cn引文格式:丁红瑜,何进超.高熵合金增材制造技术研究进展[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2020,34(6):35-41.DOI:10.11917/j.issn.1673-4807.2020.06.007.ResearchprogressinadditivemanufacturingofhighentropyalloysDINGHongyu1,HEJinchao2(1.MarineEquipmentandTechnologyInstitute,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,China)(2.GuangzhouSpecialPressureEquipmentInspectionandResearchInstitute,Guangzhou510663,China)Abstract:Highentropyalloyisakindofmulticomponenthighperformancealloydevelopedinrecentyears.Additivemanufacturingtechnologyisakindofadvancednetshapefabricationtechnology,itcanmakecomplicatedproductinashortterm.Soitisnecessarytoinvestigateadditivemanufacturingofhighentropyalloyinfabrica tingpartswithcomplicatedshapeandhighperformance.Thispaperanalyzesrecentresearchinterestsofhighen tropyalloyandsummarizesprogressinadditivemanufacturingofhighentropyalloys.Itishelpfulforresearchersinrelatedfields.Keywords:highentropyalloy,additivemanufacturing,selectivelasermelting,directlaserdeposition,Cantoralloy 传统的合金都是以一种或两种合金元素为主,其他元素少量添加,并按主要元素进行分类,例如钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金等等.近十几年来,在探索块体非晶合金的基础上发展了一类多主元合金,亦称为高熵合金,其显著特征表现为:合金中包含5种或5种以上元素,且各元素的原子百分比相同或相近,且均在5%~35%之间.由于其迥异于传统合金的成分特点,高熵合金也表现出了很多独特的性能特点,例如热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、强烈的晶格畸变效应、鸡尾酒效应等[1].由于开发时间不长,高熵合金的研究还有很多未知领域需要探讨.其中,材料的成形制备过程对最终的组织、性能有很大的影响.增材制造技术是近年来快速发展的一项绿色先进智能制造技术,具有节省原材料、能成形复杂零件、制备流程短、后续加工余量小等突出优点,在航空航天、汽车、模具、生物医疗、艺术品创作等领域有广泛应用前景[2-3].对于高熵合金这类新材料而言,研究其能否采用增材制造技术进行成形,增材制造成形过程中的参数优化,组织结构调控,变形控制,后处理等问题,对推进高熵合金这一先进材料和增材制造这一先进制备工艺的融合具有积极意义.文中围绕高熵合金目前的研究热点,尤其是采用增材制造工艺制造高熵合金的研究进展进行分析和总结,以期为相关领域的研究提供参考和借鉴.1 高熵合金的研究热点1 1 高熵合金的相形成规律按照吉布斯相律,以及针对高温合金中金属间化合物的研究,高熵合金凝固组织中形成相的数目可能会随着元素种类的增多而增多,然而实验研究发现高熵合金通常形成比较简单的固溶体结构或非晶结构,而不是多种复杂相.其中比较有代表性的是具有FCC面心立方结构的CrMnFeCoNi五元高熵合金[4],由英国牛津大学的Cantor教授等开发,亦被业内人士亲切地称为Cantor合金;以及由北京科技大学的张勇教授等开发的具有BCC体心立方结构的AlCoCrFeNi五元高熵合金[5].同时,材料的性能很大程度上由其组织结构决定,因此探索高熵合金的相形成规律,及其在特定加工制备,服役条件等情况下的相组成,组织特点具有理论和实际的双重意义.在这方面比较突出的研究工作包括以下几个:(1)北京科技大学的张勇教授等在总结前人研究成果的基础上提出按照合金元素的原子半径差(δ)、混合焓(ΔHmix)、混合熵(ΔSmix)等对高熵合金进行分类[6].认为当原子半径差较小且混合焓不大时(即1≤δ≤6且-20kJ/mol≤ΔHmix≤5kJ/mol),高熵合金易形成固溶体结构;当原子半径差较大且负混合焓较大时(即δ≥6且ΔHmix≤-25kJ/mol),高熵合金易形成非晶结构.(2)对于高熵合金形成固溶体种类的规律,文献[7]经过研究,在总结已有成分规律的基础上,提出可以用价电子浓度(valenceelectroncon centration,VEC)这一参数的大小对固溶体的种类进行区分,认为当VEC<6 87时,易形成BCC固溶体结构;当VEC>8 0时易形成FCC固溶体结构;当6 87<VEC<8 0时易形成BCC+FCC结构.(3)基于热动力学准则,文献[8]最近提出了一个参数 ,认为当某一合金的 值大于临界值 c时,容易形成单相固溶体,而 值较小时容易形成多相组织.当然,由于高熵合金的高度复杂性,关于其相形成规律的探索远未结束,相信随着学者们研究的不断深入,这一理论还将逐渐完善.1 2 难熔(耐高温)高熵合金高熵合金由于具有迟滞扩散效应,高混合熵效应,使其在高温时的组织稳定性较好.因而其性能随着温度升高下降比较缓慢,有作为耐高温合金应用的潜质.这类合金普遍含有较多的高熔点元素,如Nb、Mo、Ta、W、V等.文献[9-10]开发了NbMoTaW高熵合金,并研究了添加元素V对其性能的影响,发现这类合金具有很好的热稳定性:在1000℃高温下退火12h后没有出现回火软化现象;在1200℃高温下,其屈服强度分别为506MPa和735MPa;在1400℃保温19h后,通过XRD测试其衍射峰的位置、强度与退火前几乎没有任何改变.这些性能超过了很多目前使用的耐高温材料.其后,文献[11]研究了Ti元素添加对合金的性能的影响,发现添加Ti元素能显著改善NbMoTaW和VNbMoTaW两种合金在室温下的脆性,将压缩塑性变形量由不足2%提升至14%.1 3 耐低温性能某些金属或合金在低温(一般为-100~100℃)条件下,或低于再结晶温度时冲击韧性急剧下降,这一现象被称为冷脆.冷脆现象在体心立方晶体、六方晶体及三方晶体的金属及合金中较为严重,历史上曾经发生过多次由于冷脆造成的压力容器、船舶、桥梁等大型钢结构脆断的事故,造成巨大损失.如著名的泰坦尼克冰海沉船事故,二战期间美国建造的焊接油轮“矼ictory”断裂事故,西伯利亚铁路断轨事故等.因此在低温下使用的材料要重点考察其低温下是否会发生韧脆转变的问题.2014年在Science上发表的论文表明:随着温度下降,Cantor合金的强度和塑性同时升高[12].在室温时,其屈服强度约为400MPa,塑性变形量约为57%;在200K(干冰温度)时,其屈服强度约为500MPa,塑性变形量约为60%;在77K(液氮温度)时,其屈服强度约为750MPa,塑性变形量约为71%,如图1[12].这一点与传统的金属材料是截然不同的,分析原因可能是由于高熵合金形成了单一相,且晶粒尺寸比较细小,相邻晶格原子在低温变形过程中形成纳米孪晶,使得其强度和塑性同时上升.这表明高熵合金有作为低温材料使用的潜力,如液氮罐,液化天然气储罐等在低温条件下服役的压力容器.63江苏科技大学学报(自然科学版)2020年图1 Cantor合金的低温压缩曲线Fig.1 LowtemperaturecompressivecurveofCantoralloy1 4 轻质高熵合金为减轻结构件的重量,航空航天材料要求在具有高强度的同时,还要减小密度.于是学者们开发了轻质高熵合金,这类合金普遍含有较多的轻质元素,如Al、Mg、Ti、Li等.文献[13]研究了轻质AlNbTiV高熵合金的结构及性能,发现合金的密度为5 59g/cm3,硬度为4615~4394MPa,室温时的压缩屈服强度为1020MPa,800℃时降低至685MPa,1000℃时降低至158MPa.合金的组织由单一粗大的BCC相构成.同时,他们在该合金中添加Cr元素组成AlCrxNb TiV合金[14],发现添加少量Cr元素时(x=0,0 5),组织结构不变;继续增大Cr含量(x=1,1 5),组织中除了BCC相外,还出现了C14型六方Laves相,且密度逐渐增加至5 9g/cm3.不过与此同时室温及高温强度均有所增加,分别为室温时的1700MPa和800℃时的970MPa,伴随着塑性的降低.文献[15]开发的Al20Be20Fe10Si15Ti35高熵合金的密度为3 91g/cm3,而硬度高达911HV,且在高温下具有很好的抗氧化性.1 5 共晶高熵合金共晶合金熔点低,铸造性能好,大连理工大学的卢一平等学者将这一概念也引入到高熵合金的研究中来,开发了AlCoCrFeNi2 1共晶高熵合金[16].该合金具有良好的铸造性能,采用传统的熔炼+铸造方法在实验室制得了重达25kg的铸锭;合金凝固后的组织由FCC/B2共晶构成;合金强度高,韧性好,室温下的真应力为1186MPa,真应变为22 8%.随后,该课题组发展了共晶高熵合金的成分设计方法,包括基于混合焓的设计方法[17]和基于二元合金相图的简单混合法[18]等,促进了共晶高熵合金的发展.1 6 高熵合金的先进成形技术以上几部分主要总结的是材料成分设计方面的内容,以及成分与最终组织间的关联.除了合金成分外,制备方法对材料最终的形态,性能也有重要影响[19].目前高熵合金的形态包括零维的粉末,采用球磨、气雾化、水雾化等方法获得;一维的丝材,采用拉拔、Bridgeman等方法获得;二维的薄膜,采用熔覆、喷射沉积、磁控溅射等方法获得;以及三维的块体,采用电弧熔炼、铸造、增材制造等方法获得[1].文中的第3节将重点阐述高熵合金增材制造方面的研究进展.2 高熵合金的增材制造技术2 1 高熵合金涂层的激光熔覆制备及应用激光熔覆是一种重要的增材制造工艺,高熵合金材料具有良好的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等特点,采用激光熔覆工艺制备的高熵合金涂层展现出了良好的性能,为其作为高效防护涂层奠定了应用基础[20].钛合金因密度小,比强度高,耐腐蚀,耐高温,在很多重要零部件上应用广泛.然而其耐磨性较差,限制了其应用范围.在钛合金表面制备一层高耐磨涂层是改善其耐磨性的有效方法.通过分析,总结在Ti6Al4V基板上采用激光熔覆法制备TiV CrAlSi[21-22]、AlBxCoCrNiTi[23]、NiCrCoTiVAl[24]、NiCrCoTiV[25]高熵合金涂层的研究结果均发现:涂层由BCC固溶体相和(Ti,V)5Si3、TiB2、(Co,Ni)Ti2、富Ti相等硬质陶瓷/金属间化合物颗粒组成,BCC固溶体相的硬度约为600~700HV,而硬质陶瓷/金属间化合物颗粒的硬度普遍在900HV以上,均远高于Ti6Al4V基板,使得涂层的摩擦系数、磨损速率都明显降低,耐磨性能大幅提高.分析磨损机制时发现析出的硬质颗粒能减少磨粒磨损和黏着磨损,BCC韧性相起到了支撑硬质颗粒、阻止裂纹扩展、减少黏着磨损的作用,这种软硬结合的组织结构特点对于提高涂层的韧性和耐磨性能十分重要.部分经精心设计的高熵合金能形成非晶结构.近期有在低碳钢,模具钢基板上激光熔覆制备高熵非晶/纳米晶耐磨涂层的报道.哈尔滨工业大学威海分校的舒凤远等人2018年发表了在Q235低碳钢表面激光熔覆FeCoCrNiSiB系高熵非晶/纳米晶涂层的研究结果[26-27].发现涂层可分为三层:涂层与基板的结合界面为枝晶组织,由BCC固溶体,FCC固溶体+碳化物+硼化物组成,磨损机制主要73第6期 丁红瑜,等:高熵合金增材制造技术研究进展是氧化磨损及粘着磨损;涂层表面由非晶相及细小的等轴纳米晶组成,主要表现为磨粒磨损;两层中间为过渡层.图2为激光熔覆Co34Cr29B14Fe8Ni8Si7高熵非晶/纳米晶涂层的典型显微组织结构[27].图2 低碳钢表面激光熔覆Co34Cr29B14Fe8Ni8Si7高熵非晶/纳米晶涂层的显微组织Fig.2 MicrostructureoflasercladdedCo34Cr29B14Fe8Ni8Si7highentropyamorphous/nanocrystallinecoatingonlowcarbonsteel随后舒凤远课题组针对影响H13模具钢表面涂层组织结构及性能的工艺参数进行了深入研究.通过调整(FexCo100-x)42Cr29Ni8Si7B14合金的成分,发现随着Fe/Co比例从1∶1逐渐增加到2∶1时,涂层中非晶相的比例由66 71%逐渐降低至59 27%,硬度相应由850HV0 2降低至700HV0 2,伴随着摩擦系数升高,磨损失重加剧,意味着涂层耐磨性能降低[28].文献[29]研究结果表明激光功率对涂层结构及性能也有重要影响.激光功率由233W增加到700W后,由于基板对熔池的稀释作用更加显著.同时热输入量加大导致冷却速率降低,使得涂层中非晶相的比例由81 15%降低至33 79%,耐磨性能相应下降.这些研究成果表明:通过合理的成分设计和适当的工艺优化,从而制备出组织结构可控,性能优异的高熵合金涂层,促进其在表面防护领域的应用.2 2 高熵合金三维制件的增材制造作者于2019年9月5日在webofscience网站上以高熵合金(highentropyalloy)及增材制造(ad ditivemanufacturing)作为关键词进行检索,共检索到密切相关论文70篇.其按年份统计的论文数见表1,从表1中可见,从2011年开始就有相关文章发表,自2015年起逐年增多,且目前仍处于上升趋势,说明这一领域的研究正引起越来越多研究人员的兴趣.表1 高熵合金增材制造每年发表论文数统计Table1 Numberofpaperspublishedonadditivemanufacturingofhighentropyalloys年份201120122013201420152016201720182019论文数111148141921(截至9月初) 在2015年,日本日立公司的Fujieda等人联合日本东北大学金属材料研究所采用电子束选区熔化成形技术(selectiveelectronbeammelting,SEBM)成形了AlCoCrFeNi高熵合金[30],发现构件由BCC相组成,屈服强度最低为944MPa,断裂强度达到1400MPa,是SUS304不锈钢的6倍;采用电子束选区熔化增材制造成形零件的延伸率达到14 5%~26 4%,是铸态(5 6%)的3~5倍.充分说明电子束选区熔化成形技术(SEBM)可用于高熵合金的成形.英国谢菲尔德大学Brif等人采用选区激光熔化技术(selectivelasermelting,SLM)制备了FeCoCrNi高熵合金[31],采用的是RenishawSLM125的设备,发现样品由单相FCC构成,晶格尺寸a=0 358nm,屈服强度为402~600MPa,是铸态的2~3倍;延伸率为8%~32%,略低于铸态,说明采用选区激光熔化技术(SLM)制备高熵合金是可行的.同时澳大利亚迪肯大学的Joseph等人采用直接激光沉积技术(directlaserdeposition,DLD)制备出40mm×20mm×6mm的AlxCoCrFeNi高熵合金[32],发现随着铝含量的提高,合金的结构由FCC-FCC/BCC-BCC转变,强度提高而塑性相应降低,抗拉强度最高可达2000MPa.随后,在对DLD成形Al0 3CoCrFeNi高熵合金的力学性能深入研究过程中表明,其具有强烈的拉压不对称性,压缩的样品经历大变形后基本不断裂,而拉伸样品在真应变达到38%时断裂[33].这主要是由于压缩时强烈的孪晶变形造成的.Ocelik等人采用混合粉末研究了AlCoCrFeNi高熵合金在直接激光沉积过程中的凝固行为,发现较快的冷却速度易于产生BCC相,同时有利于增加合金的硬度[34].目前国内也有一些关于高熵合金增材制造方面的报道.浙江亚通焊材有限公司的史金光等人采用选择性激光熔化工艺进行了CoCrFeMnNi高熵合金(Cantor合金)的成形实验[35],采用的设备为3DSystemsProX100型SLM金属激光熔化成形机,在激光功率为37 5W时试样的致密度最高,硬度最大,达到510HV.在900℃退火后,硬度进83江苏科技大学学报(自然科学版)2020年一步升高到了530HV,表明该合金具有优异的抗回火软化性.文献[36]研究了采用SLM工艺制备FeCoCrNiC0 05合金的工艺参数优化问题,发现样品的致密度与工艺参数密切相关.增加激光功率,降低扫描速度有助于致密度的提高,同时会使得晶粒细化.完全致密的样品屈服强度达到650MPa,延伸率为13 5%.文献[37]采用SLM工艺研究了CoCrFeMnNi合金的制造工艺,发现存在一个优化的激光能量密度,在此条件下能获得98 2%的最高致密度;Co,Cr,Fe,Ni4种元素均匀分布,而Mn元素在熔池的边界富集;经过热等静压处理后,元素偏析消除,抗拉强度从成形态的601MPa提高到649MPa.同时该课题组在采用SLM工艺制备Al CoCrFeNi合金时发现样品由A2+B2两种BCC相组成,而铸造法制备的合金则由A2+FCC相组成,造成这种差别的最主要原因在于SLM过程中的超快的冷却速度;并且随着激光能量密度的增加,冷却速度变得更快,同时B2相的含量增多,使得合金致密度提高到98 4%,硬度也大幅提升至632 8HV[38].文献[39]采用直接激光沉积工艺研究了CoCrFeMnNi合金的成形性能,发现样品的显微组织为细小的BCC沉积在FCC基体的晶界上,合金的屈服强度为448MPa,拉伸断裂强度为620MPa,高于铸态;延伸率为57%,与铸态相当,综合力学性能优异.文献[40]采用直接激光沉积工艺制备了CoCrFeMnNi高熵合金,发现在优化的工艺参数条件下,采用直接激光沉积工艺的力学性能优于铸造;且直接激光沉积制备的样品在低温下的性能表现优异,温度从室温降低到77K时,抗拉强度从489MPa提高到878MPa,塑性变形量从55%提高到95%.进一步研究发现其凝固组织由柱状晶+等轴晶两部分组成,且二者比例可以通过激光能量密度进行调节[41].文献[42]采用直接激光沉积工艺制备了WNbMoTa难熔高熵合金,发现4种元素在高熵合金中均匀分布,无明显微观偏析.合金在室温下的极限抗压强度σm=1140MPa,延伸率εp=5 8%;在1000℃下的极限抗压强度σm=684MPa,延伸率εp>8%.1000℃下屈服强度高于国内应用于航空发动机涡轮叶片的GH4169等合金,在航空航天耐高温材料方面表现出良好的应用前景.不过在成形过程中由于热量不断积累,会产生比较严重的翘曲现象.通过仿真模拟后优化工艺参数,能解决这一问题.以上研究表明:采用增材制造的方法可以实现高熵合金的成形,且制件性能优异.这为高性能高熵合金复杂零件的成形和应用打下了坚实的基础.3 结语高熵合金因其具有独特的成分、组织结构及性能特点,预期未来在某些对材料性能要求严苛的领域有广阔的应用前景.文中总结了高熵合金目前的研究热点,包括相形成规律的探讨、作为耐高温材料的难熔高熵合金、作为耐低温材料的应用、轻质高熵合金、共晶高熵合金、先进成形制备方法等.并分析了采用增材制造工艺制造高熵合金涂层及三维制件的最新研究进展.研究结果表明通过合理的工艺控制,采用增材制造的方法可以实现高熵合金的成形,为其应用打下了坚实的基础.文中对开展相关领域的研究有一定的参考意义.参考文献(References)[1] 张勇,陈明彪,杨潇,等.先进高熵合金技术[M].北京:化学工业出版社,2018:3-50.[2] 张文毓.增材制造技术的研究与应用[J].装备机械,2017(4):65-70.ZHANGWenyu.Researchandapplicationofadditivemanufacturingtechnology[J].TheMagazineonEquipmentMachinery,2017(4):65-70.(inChinese)[3] 杜宝瑞,姚俊,郑会龙,等.基于激光选区熔化的航空发动机喷嘴减重设计及制造技术研究[J].航空制造技术,2019,62(11):14-18.DUBaorui,YAOJun,ZHENGHuilong,etal.Optimizationdesignandmanufacturingtechnologyforaeroenginenozzlebasedonselectivelasermeltingfabrication[J].AeronauticalManufacturingTechnology,2019,62(11):14-18.(inChinese)[4] CANTORB,CHANGITH,KNIGHTP,etal.Mi 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高熵合金的制备与性能研究

高熵合金的制备与性能研究随着科学技术的发展,材料科学领域也取得了巨大的突破和进展。
高熵合金是近年来涌现出的一种新型材料,它以其特殊的合金组成和结构而备受研究人员的关注。
本文将探讨高熵合金的制备方法以及其优异的性能。
一、高熵合金的制备方法高熵合金是由五个或更多的原子组成的混合物,因此其制备方法需要克服多元合金的困难。
目前主要有两种制备方法:机械合金化和熔体冶炼。
1. 机械合金化方法机械合金化是通过机械能将多种原子混合在一起,形成高熵合金。
常见的机械合金化方法包括高能球磨和电子束熔溶。
高能球磨将原子粉末放入球磨罐内,在高速旋转的球磨罐中进行混合。
通过球磨的过程,原子间如果无重排,可以形成精细的合金颗粒。
电子束熔溶是将多种原子粉末放入熔炉内,通过电子束的加热使其熔化。
在熔化的过程中,原子间发生混合,形成高熵合金。
2. 熔体冶炼方法熔体冶炼方法是将多种原子放入熔炉内,在高温下进行熔化和混合的过程。
常见的熔体冶炼方法包括真空感应熔炼和气氛保护熔炼。
真空感应熔炼是将原子粉末放入真空熔炉中,在高温下通过感应加热使其熔化。
在真空的环境下,原子间混合形成高熵合金。
气氛保护熔炼是将原子粉末放入特定气氛下的熔炉中,通过加热使其熔化。
特定的气氛可以提供保护作用,避免合金中的原子与氧气等发生反应。
二、高熵合金的性能研究高熵合金以其特殊的组成和结构,具有优异的性能,包括高熔点、高硬度、良好的耐腐蚀性和低温脆性等。
1. 高熔点由于高熵合金中原子种类的多样性,使得其熔点相较于传统合金更高。
这种高熔点的特性使得高熵合金能够在高温环境下稳定工作,出色地应用于高温材料领域。
2. 高硬度高熵合金中包含了多种原子形成的固溶体,其具有优异的硬度。
这一特性使得高熵合金在制造硬质合金、高强度结构材料以及刀具等方面具有广泛的应用前景。
3. 良好的耐腐蚀性高熵合金由于其均匀混合的组织结构,使得其具有出色的耐腐蚀性能。
这使得高熵合金在化学工业和海洋工程等领域具有巨大的应用潜力。
无序bcc高熵合金
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无序bcc高熵合金1. 什么是无序bcc高熵合金无序bcc高熵合金(Disordered BCC High-Entropy Alloys)是一种新型的多元合金材料,其特点在于其成分中包含了多个不同元素,且这些元素在晶格中是无序分布的。
这种合金的晶体结构属于体心立方(BCC)结构,与传统的有序合金相比,其具有更高的熵(entropy)。
2. 无序bcc高熵合金的制备方法目前,制备无序bcc高熵合金的主要方法有以下几种:2.1. 机械合金化机械合金化是通过机械力对多种元素进行混合,形成均匀的粉末混合物。
然后,通过热压等方法将混合物加热至合金化温度,使其形成致密的合金坯料。
最后,通过热处理进一步提高合金的均匀性和稳定性。
2.2. 高能球磨高能球磨是将多种元素的粉末放入球磨罐中,通过高速旋转的球磨球对粉末进行机械碾磨,使元素混合均匀。
通过控制球磨时间和球磨强度,可以获得不同粒度和混合度的合金粉末。
2.3. 熔融法熔融法是将多种元素的纯金属块放入熔炉中进行熔融,并通过搅拌等方式使其混合均匀。
然后,将熔融合金快速冷却,形成无序bcc高熵合金。
熔融法制备的高熵合金具有更高的均匀性和致密度。
3. 无序bcc高熵合金的特性与应用3.1. 特性无序bcc高熵合金具有以下几个主要特性:•高熵:由于合金中含有多种元素且无序分布,使得合金的熵增大,形成高熵状态。
•高硬度:无序分布的多元素使得合金具有高硬度和抗磨损性能。
•高韧性:合金中的多元素可以形成复杂的位错结构,提高合金的韧性和延展性。
•耐腐蚀性:合金中不同元素的相互作用可以提高合金的耐腐蚀性能,适用于恶劣环境下的应用。
3.2. 应用无序bcc高熵合金由于其独特的特性,在许多领域都有广泛的应用前景:•航空航天领域:无序bcc高熵合金具有高强度、高温稳定性和耐腐蚀性,可以应用于航空发动机叶片、涡轮盘等关键部件。
•电子领域:无序bcc高熵合金的高硬度和耐磨性能使其适用于电子器件的封装材料和电接触材料。
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第19卷第3期2Ol2年6月金属功能材料MetalIicFunctionalMaterjal8V01.19,No.3June,2012机械合金化制备高熵合金研究进展陈哲1’2,陆伟1’2,严彪h2(1.同济大学材料科学与工程学院t上海20180412.上海市金属功能材料开发应用重点实验室,上海201804;)摘要:高熵合金作为一种新型合金逐渐被人们所关注,机械合金化是一种制备先进材料的固态加工工艺,利用机械合金化制备高熵合金也为高熵合金的发展及应用开拓了广阔的领域。
本文介绍了高熵合金的简单概念,并从机械合金化中的元素选择、高熵合金粉末的后处理工艺及机械合金化制备高熵合金的研究方向三个方面综述了其研究进展。
关键词:高熵合金;机械合金化;研究进展中圈分类号:TGl4文献标识码:A文章编号:1005—8192(2012)03—0051一05ResearchProgreSsofPreparationofHighEntropyAlloybyMechanicalAlloyingCEHNZhel”,LUWeil”,YANBia01“,(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TongjiUniver8ity,Shanghai200092.China;2.ShanghajKeyLab.ofD&AforMeta卜FunctionalMaterials,Shanghai200092,China)Abstr神t:A5newaIloy。
highentropyalIoyhasgraduallyattracted。
urattention.Andmechanicala110yingissolidstateprocessingmethodtoproduceadvancedmaterial.S0thepreparationofhighentropyalloybymechanicalallo—yingexpandthefieIdforthedevelopmentandapplj∞tionofthealloy.Tkspaperintroduc矗thesimpleconceptofthehighentropyalloyandreviewsthereseafchproce55ofthealloytincludillgtheselectionofelements,pos卜pro—ce8singtechnologyofpowderandtheresearchdirectionoftheaUoy.Key钾or凼:highentropyalloy;mechanicalalloying;res篦fchprogress传统观念的合金通常是选择一种元素或化合物作为基体,并添加其他微量元素来提高合金某个方面的性能,来满足设计者的需求。
若逐渐增加其他元素的含量成为多主元合金(即含有多种元素,且每种元素的含量均占主导地位)时,会生成很多金属问化合物,合金便会具有很高的脆性,并在加T和结构分析上都会带来一定的困难。
为克服这种缺陷,我国台湾学者[1]提出了高墒合金的概念,从而改变了这种传统观念。
高熵合金通常含有5种或5种以上的主要元素,且每种元素的含量均在5%~35%之问。
由于具有较高的混合熵,高熵合金通常为单一的FCc或BCC固溶体,从而具有优良的性能,如高强度、良好的热稳定性、较高的耐磨性和耐腐蚀性等。
目前,大多数研究者都采用电弧熔炼法制备高熵合金[2 ̄6],但是传统熔炼法会限制样品的尺寸与形状,并限制其进一步应用。
机械合金化(MA)作为一种制备先进材料的方法,更容易得到纳米晶和非晶结构,从而进一步提高高熵合金的性能,并扩展其应用范围。
作者简介:陈哲(1987一),男,辽宁锦州人.硕士生,Bmail:worldcz@sirIa.co札通讯作者:陆伟(1981一)。
讲师.硕士生导师,E-IIIail:weilu@tongji.edu.c也万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据机械合金化制备高熵合金研究进展作者:陈哲, 陆伟, 严彪, CEHN Zhe, LU Wei, YAN Biao作者单位:同济大学材料科学与工程学院,上海201804;上海市金属功能材料开发应用重点实验室,上海201804刊名:金属功能材料英文刊名:Metallic Functional Materials年,卷(期):2012,19(3)1.Yeh J W;Chen S K;Lin S J Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements:Novel Alloy Design Concepts and Outcomes[外文期刊] 2004(05)2.Wang X F;Zhang Y;Qiao Y;Chen G L Novel microstructure and properties of multicomponent CoCrCuFeNiTix alloys 20073.Yih-Farn Kao;Swe-Kai Chen;Jen-Haur Sheu Hydrogen storage properties of multi-principal-component CoFeMnTixVyZrz alloys 20104.Chen Shin-Tsung;Tand Wei-Yeh;Keu Yen-Fu Microstructure and properties of age-hardenable AlxCrFe1.5 MnNi0.5 alloys 20105.Zhu J M;Fu H M;Zhang H F Microstructures and compressive properties of multicomponent AlCoCrFeNiMox alloys 20106.Chou Y L;Wang Y C;Yeh J W;Shih H C Pitting corrosion of the high-entropy alloyCol.5CrFeNil.5Ti0.5Mo0.1 in chloridecontaining sulphate solutions 20107.张勇非晶和高熵合金[外文期刊] 20108.张勇;周云军;陈国良快速发展中的高熵熔体台金[期刊论文]-物理 2008(08)9.李亚峰多主元高熵合金的制备与性能 200910.Yah J W;Chen S K;Gan J Y Formation of simple crystal structures in Cu-Co-Ni-Cr-Al-Fe-Ti-V alloys with multi-principal Metallic Elements 200411.刘源;李言祥;陈祥;陈敏多主元高熵合金研究进展[期刊论文]-材料导报 2006(04)12.陈振华;陈鼎机械合金化与固液反应球磨 200613.Yu-Liang Chena;Che-Wei Tsai;Chien-Chang Juan;Ming-Hao Chuang Jien-Wei Yeh Tsung-Shune Chin Swe-Kai Chen Amorphization of equimolar alloys with HCP elements during mechanical alloying 201014.Zhu J M;Fu H M;Zhang H F Synthesis and properties of multiprincipal component AlCoCrFeNiSixalloys 201015.黄炳刚;叶均蔚;孙道中多元高熵合金于热溶射涂层之研究[外文期刊] 200316.Chen T K;Shun T T;Yeh J W;Wong M S Nanostructured nitride films of multi-element high-entropy alloys by reactive DCsputtering 200417.S.Varalakshmi;M.Kamaraj;B.S.Murty Synthesis and characterization of nanocrystalline AlFeTiCrZnCu high entropy solid solution by mechanical alloying 200818.Yu-Liang Chen;Ya-Huei Hu;Che-Wei Tsai;Jien-Wei Yeh Swe-Kai Chen Shou-Yi Chang Structural evolution during mechanical milling and subsequent annealing of Cu-Ni-Al-Co-Cr-Fe-Ti alloys 2009 19.S.VARALAKSHMI;M.KAMARAJ;B.S.MURTY Formation and Stability of Equiatomic and NonequiatomicNanocrystalline CuNicoZnAlTi High-Entropy Alloys by Mechanical Alloying 201020.刘泽XYCrFeMnCu系列六元高熵台金的组织与性能研究[学位论文] 200921.S.Varalakshmi;M.Kamaraj;R 5.Murty Processing and properties of nanocrystatline CuNiCoZnAlTi high entropy alloys by mechanical alloying 201022.Yu-Liang Chen;Ya-Huei Hu;Cheng-An Hsieh;Jien-Wei Yeh Swe-Kai Chen Competition between elements during mechanical alloying in an octonary multi-principal-element alloy system[外文期刊] 2009(1/2) 23.S.Varalakshmi;G.Appa Rao;M.Kamaraj;B.S.Murty Hot consolidation and mechanical properties of nanocrystalline equiatomic AlFeTiCrZnCu high entropy alloy after mechanical alloying 201024.Zhanga K B;Fua Z Y;Zhanga J Y;Wanga W M,Leeb W W,K.Niiharac Characterization of nanocrystalline CoCrFeNiTiAl high-entropy solid solution processed by mechanical alloying 201025.Zhenga K B;Fua ZY;Zhanga J Y;Shi b J Wanga W M Wanga H Wanga Y C Zhanga QJ Nanocrystalline CoCrFeNiCuAl high-entropy solid solution synthesized by mechanical alloying 2009本文链接:/Periodical_jsgncl201203011.aspx。