激光重熔合成AlCo_(x)CrFeNiCu高熵合金涂层组织与耐腐蚀性能北大核心

为了提高机械零部件的腐蚀性能,采用冷喷涂辅助激光重熔合成不同Co含量AlCo_(x)CrFeNiCu(x=0、0.5、1、1.5、2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、电化学测试系统等设备检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织、耐腐蚀性能的影响。结果表明,激光重熔合成AlCo_(x)CrFeNiCu高熵合金涂层是由简单的BCC和FCC相构成,当x=1时高熵合金涂层的晶格畸变最大,随着Co含量的增加,激光重熔合成AlCo_(x)CrFeNiCu高熵合金涂层的等轴树枝晶由少变多并逐渐细化,柱状树枝晶的间距先增大后减小。在3.5%NaCl腐蚀介质中,当x=0.5时高熵合金涂层中Cu元素轻微偏析,有少量点蚀发生,AlCo_(0.5)CrFeNiCu高熵合金涂层自腐蚀电位最正,腐蚀电流密度达到最小,腐蚀速率2.28×10^(-3)mm/a,表现出良好耐腐蚀性。     

Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层的组织与性能

本文采用真空电弧熔炼技术与冷喷涂辅助感应重熔制备Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层,采用XRD、SEM、显微硬度计、磨料磨损试验机对高熵合金及涂层的相结构、微观组织以及耐磨损等性能进行测试分析。研究结果表明:真空电弧熔炼技术制备的Fe0.5CrMnAlCu高熵合金的相结构为FCC和BCC相固溶体结构,其组织形貌主要由枝晶和枝晶间组织构成,冷喷涂辅助感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层的相结构为单一的BCC 结构,其组织形貌由枝晶和枝晶间组织构成。由于感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层较电弧熔炼制备的高熵合金有更大的晶粒尺寸,同时涂层的原子尺寸差δ大于合金的原子尺寸差,这导致感应重熔合成Fe0.5CrMnAlCu高熵合金涂层的硬度是真空电弧熔炼高熵合金的1.37倍,其磨损率比真空电弧熔炼制备的高熵合金磨损率降低18%。真空电弧熔炼与冷喷涂辅助感应重熔制备Fe0.5CrMnAlCu高熵合金及涂层的磨损机制主要是粘着磨损、磨粒磨损。     

Cu含量对铁基中熵合金涂层组织与性能影响

采用激光熔覆方法制备了(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)100-xCux(x=0,1,3,5和7at.%)中熵合金涂层。研究了Cu元素含量对涂层物相结构、微观组织、显微硬度和耐蚀性能的影响。结果表明,随着Cu元素含量增加,合金涂层均为单一的FCC结构,呈典型树枝晶结构。显微硬度均高于基材304不锈钢,且随Cu元素含量增加呈递减趋势。在3.5%NaCl溶液中,(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)99Cu1中熵合金涂层的腐蚀电位最高,相比基材304不锈钢向正方向移动了29mV,且具有最低的腐蚀电流密度为4.977×10-6 A·cm-2,涂层表面腐蚀主要发生轻微的晶界腐蚀。(Fe63.3Mn14Si9.1Cr9.8C3.8)100-xCux合金涂层中Cu元素含量较低时,涂层具有较高的硬度和耐蚀性能,具有良好潜在的价值。     

Ag添加对Fe基中熵合金组织与腐蚀性能的影响北大核心

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼和负压铜模吸铸法制备双相FCC结构的铁基中熵合金,研究Ag元素微量添加对合金的组织结构以及在不同介质中腐蚀行为的影响。结果表明,合金中主要组元与添加的Ag元素的二元混合焓为正值,由于相分离在枝晶间富集形成FCC2相。随着Ag含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流密度减小,容抗弧半径增大,合金耐蚀性能明显得到提升。其中,合金Fe_(60.8)Mn_(13.4)Si_(8.7)Cr_(9.4)C_(3.7)Ag_(4)在PBS溶液中的腐蚀电流密度可达2.139×10^(-8) A/cm^(2),耐腐蚀性能最优。     

激光引燃自蔓延烧结AlCrFeNiSix多孔高熵合金材料组织及性能研究

为探究Si含量的变化对AlCrFeNiSi系高熵合金组织及性能的影响规律,采用激光诱导自蔓延烧结制备AlCrFeNiSi_x(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)多孔高熵合金。利用金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、硬度测试等表征分析了不同Si含量的AlCrFeNiSi_x多孔高熵合金材料显微组织、物相结构、合金密度和孔隙率、维氏硬度及耐磨性能。结果表明,合金组织内部均匀分布微观孔隙,x=0.4时,合金孔隙分布最为均匀。x≤0.4时,合金由BCC相构成,x超过0.6时,合金在BCC相结构的基础上出现FCC相。AlCrFeNiSi0.6高熵合金硬度最大,为522.3 HV0.5;磨损率最小,为73.41mg/cm2;密度最大,为4.354g/cm3;孔隙率最低,为17.1%。x=0.2时,合金孔隙率最大,为39.92%。     

Ti含量对CrCoNiTi_(x)中熵合金组织与性能的影响北大核心

铸态CrCoNi中熵合金相比传统合金具有优异的性能,但其室温强度不高,限制了其应用。采用合金化法,通过添加不同含量的Ti元素,制备铸态CrCoNiTi_(x)(x=0、0.2、0.4、0.5)中熵合金,研究不同Ti含量对CrCoNiTi_(x)中熵合金的物相结构、微观组织、力学性能的影响。结果表明:x=0.2时,合金组织中析出Ni_(3)Ti金属化合物,合金的强度提高到643 MPa,延伸率降低至24%,x=0.4时,组织中析出Ni_(3)Ti与Cr_(3)Ni_(2)金属化合物,强度和延伸率急剧降低,x=0.5时,合金几乎无塑性,但硬度达到最高,为769.51 HV。添加Ti元素后,由于金属化合物的产生,合金脆性增加,硬度增加,若要使合金的强韧性较好,Ti元素含量应小于0.2,添加Ti元素后,合金的耐腐蚀性下降。     

Sm对铸态ZK30镁合金组织和耐腐蚀性能的影响

为提高高强镁合金的耐腐蚀性能,选用Sm作为合金化元素添加到ZK30镁合金中。采用真空感应熔炼炉制备了ZK30-xSm镁合金(x=0%,1%,2%,3%,4%,质量分数),并通过光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、静态失重法以及极化曲线等手段和方法,研究了合金的微观组织、成分和耐腐蚀性能。结果表明,加Sm镁合金主要由α-Mg基体和Mg41Sm5相组成,添加Sm元素以后,合金组织由树枝晶转变为细小的等轴晶,晶粒细化;产生的Mg41Sm5相减缓了ZK30镁合金在3.5%的NaCl溶液中的腐蚀速率,随着Sm含量的增加,腐蚀速率呈先减小后增加的趋势,在Sm含量为1%时,腐蚀速率达到最低,为0.299 5mg/(cm2·h),耐腐蚀性较好,但Sm含量过多时(超过1%),产生了Mg3Sm相,合金的腐蚀速率加快,耐腐蚀性能变差。     

激光引燃自蔓延烧结AlCrFeNiSi_x多孔高熵合金组织及性能

为探究Si含量的变化对AlCrFeNiSi系高熵合金组织及性能的影响规律,采用激光诱导自蔓延烧结制备AlCrFeNiSi_x(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)多孔高熵合金。利用金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、硬度测试等表征分析了不同Si含量的AlCrFeNiSi_x多孔高熵合金材料显微组织、物相结构、合金密度和孔隙率、维氏硬度及耐磨性能。结果表明,合金组织内部均匀分布微观孔隙,x=0.4时,合金孔隙分布最为均匀。x≤0.4时,合金由BCC相构成,x超过0.6时,合金在BCC相结构的基础上出现FCC相。AlCrFeNiSi0.6高熵合金硬度最大,为522.3 HV0.5;磨损率最小,为73.41mg/cm2;密度最大,为4.354g/cm3;孔隙率最低,为17.1%。x=0.2时,合金孔隙率最大,为39.92%。     

混合熵对定向凝固锰铜基阻尼合金组织与性能的影响北大核心

使用动态热机械分析仪、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同成分梯度的定向凝固锰铜基合金的微观组织、阻尼行为以及力学性能特征。结果表明,在定向凝固过程中,随着合金元素的添加,枝晶间距逐渐减小,成分偏析程度增加,物相组成变为单一的母相,熵增引起的成分过冷使得枝晶易于断裂。添加镍与铁元素可以提高低温端孪晶的内耗值,而在加入锌元素后,MnCuNiFeZn合金在673 K下的内耗升高至0.023。随着混合熵的增加,三种不同成分梯度的定向凝固锰铜基合金的抗拉强度与伸长率均线性增加,合金应变硬化率的平稳保持段的斜率与混合熵呈正相关。     

ZA35-xNi合金的枝晶臂间距和电化学性能

利用金相显微镜观察合金的显微组织并测量枝晶臂间距,采用电化学工作站研究不同镍含量ZA35合金的电化学腐蚀性能。结果表明,元素镍的加入对合金组织细化和耐蚀性能具有重要影响,当加入量为0.5%时所得ZA35-0.5Ni合金组织最为细化,为团絮状组织,二次枝晶臂间距最小,仅为12.84μm,比ZA35合金减小23%。该合金在3.5%Na Cl溶液中的耐蚀性能高,腐蚀电流密度较ZA35合金减小85%。     

Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金微观组织及性能的影响

采用铝热反应法制备了CoCrFeNiMnAlCux（x=0.2、0.4、0.6和0.8）高熵合金,研究了不同Cu含量对CoCrFeNiMnAlCux高熵合金的微观结构、硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明: CoCrFeNiMnAlCux高熵合金结构由体心立方结构（BCC）和面心立方结构（FCC）组成,且FCC相随着Cu含量的增加而增加。在Cu0.2合金中Cu元素分布均匀且未发生偏析,组织分布较为均匀;随着Cu进一步增加,富Cu相逐渐在Cu0.4和Cu0.6合金中偏析。当x=0.8时,Cu由于与合金中其他元素之间的正混合焓,而大量在晶界处析出。当Cu含量从0.2增加至0.8时,硬度、耐磨性和耐蚀性先升高后下降,磨损机制由最开始的磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,最后又转变为磨粒磨损。其中CoCrFeNiMnAlCu0.6合金展示了最佳的性能,硬度、磨损率和腐蚀电流分别为564HV0.5、4.187×10-5 mm3/N·m和1.17×10-6A·cm2。     

液压支架立桂激光熔覆铁基合金涂层的研究

采用4 kW半导体激光器在液压支架立柱表面进行不同熔覆速度下铁基合金粉末熔覆,分别对其稀释率、微观组织、耐蚀性能等进行分析和研究。结果表明:在熔覆层厚度均为1.5 mm左右的情况下,不同熔覆速度下,稀释率几乎不变;熔覆层均无气孔等缺陷,与基体冶金结合良好,组织致密,主要由细小发达的树枝晶组成;在质量分数为5%的NaCl溶液中均发生钝化现象,且当熔覆速度为300 mm/min时,所得到的熔覆层自腐蚀电位最高,自腐蚀电流最小,点蚀电位最高,耐腐蚀性能最好。     

热处理对HVOF WC-17Co涂层组织结构及耐磨性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术在42CrMo钢表面制备了硬质WC-17Co耐磨涂层,分别在500,700,900,1 100 ℃保温1 h进行热处理,进而研究了热处理温度对涂层微观组织、相组成、硬度以及耐磨性能的影响。实验结果表明：随着热处理温度的升高,W2C相逐渐减少而非晶态的Co发生再结晶生成Co3W3C和Co6W6C;硬度呈现先升高后降低的趋势,700 ℃热处理后,WC硬质相增多,硬度最高;喷涂态WC-17Co涂层的耐磨性较差,900 ℃热处理后,析出的Co6W6C细小且弥散均匀分布,涂层的磨损量最小、耐磨性最好。     

Al、Ti、V和Cr促进高熵合金BCC相形成能力的研究

定量研究了Al、Ti、V和Cr促进CoFeMnNi基高熵合金形成BCC相的添加量,结合元素周期表分析了相关规律。使用真空熔炼炉炼制了CoFeMnNi基高熵合金,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计分析了合金的组织结构和硬度。结果表明,CoFeMnNi合金为单一FCC相结构,Al、Ti、V和Cr四种元素单独添加到合金中出现BCC相的添加量分别是0.6、0.6、1和2 mol;促进BCC相形成能力的顺序是Al>Ti>V>Cr;对于元素周期表第4周期的过渡族元素,序号小于25的元素是BCC形成元素,序号越小越有利于在高熵合金中形成BCC相。当合金有BCC相形成时,合金的硬度升高;随BCC相的增加,硬度增加,合金脆性变大。合金含钛2 mol后,合金抗腐蚀能力提升明显,即使在王水腐蚀120 s仍然没有明显的腐蚀痕迹。     

基于铝热反应多主元合金的成分调控研究

近年来,多主元高熵合金由于其组织、结构和性能可调性受到了广泛的研究,目前高熵合金常用的制备方法有熔炼法和粉末冶金法,而本文基于一种快速高效的高熵合金制备方法-铝热法,对多主元合金的成分调控进行研究。采用Fe3O4、Co3O4、Ni2O3、CrO3和MnO2五种氧化物经铝热反应后获得10种二元合金、10种三元合金、5种4元合金和1种5元合金,利用SEM、EDS等表征技术对多主元合金进行显微组织观察与元素分析,探究了多种不同氧化物铝热反应的负焓值与铝热还原产物成分之间的对应关系,进而推广到多种氧化物铝热反应的负焓值与反应后成分之间的一般规律,并提出对应的函数关系式,并基于此制备了近似等摩尔比的CoCrFeNiMnAl高熵合金,从而实现对铝热法制备多主元高熵合金的成分的调控。并对CoCrFeNiMnAl高熵合金的性能进行研究,该合金硬度为508.1 HV0.5,摩擦系数和磨损率分别为0.73和4.78×10-5 mm3/N·m,在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为1.097×10-6 A·cm?2和-0.347 V。     

钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al 复合涂层的制备?

采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)在钛合金(Ti6Al4V)基体表面制备纯 Al 涂层后进行真空热处理,获得了厚度约300μm的TiAl3-Al复合涂层,并对该涂层在700℃下长时间高温氧化行为进行了研究,用 SEM,EDS和 XRD分析了涂层的形貌、成分及相组成。结果表明：低温超音速火焰喷涂制备的纯 Al涂层结构较为致密,但存在少量的微孔洞,经真空热处理后的纯 Al涂层与钛合金基体间在界面处形成了TiAl3互扩散层;再700℃下静态氧化时,随着时间的增加,涂层表面形成了一层薄而致密的Al2 O3和TiO2的混合氧化层,而涂层中纯Al与基体中的Ti互扩散逐渐转变为TiAl3;氧化约5 h后涂层进入稳态氧化阶段,高温氧化500 h 后涂层未出现剥落等现象,表明 TiAl3-Al 复合涂层能显著提高Ti6Al4V合金的抗高温氧化性能。