Cu、Co元素对激光烧结CrFeNiAlSi高熵合金组织与性能的影响

采用Cr、Fe、Ni、Al、Cu、Co、Si纯金属粉末按照等摩尔比混合并压坯,激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSi、CrFeNiAlCuSi、CrFeNiAlCoSi高熵合金。利用OM、XRD、SEM、显微硬度计及磨粒磨损机等试验表征设备,分析了CrFeNiAlSi、CrFeNiAlCuSi、CrFeNiAlCoSi高熵合金的显微组织、物相及力学性能。结果表明:CrFeNiAlSi高熵合金主要由BCC相组成,为菊花状组织。在加入Cu、Co元素后,从单一的BCC相转化为BCC+FCC两种相共存,但仍以BCC相为主,CrFeNiAlCuSi高熵合金为菊花状+胞状组织,CrFeNiAlCoSi高熵合金为等轴晶组织。加入Cu、Co元素改变了CrFeNiAlSi高熵合金的形貌与性能,加入Cu元素后孔隙减少,硬度下降,磨损率上升。加入Co元素后硬度上升,磨损率下降,显微硬度均值为1010 HV0. 1,磨损率最小为46 mg·cm~(-2)。     

热处理对Al_(0.5)CoCrCuFeNi高熵合金显微组织与硬度的影响

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼制备了多组元高熵合金Al0.5Co Cr Cu Fe Ni,研究了不同热处理工艺对合金的显微组织和硬度的影响规律。结果表明,Al0.5Co Cr Cu Fe Ni高熵合金相结构简单,在铸态下由两种不同成分的FCC相组成,枝晶处为贫Cu的FCC1相,枝晶间为富Cu的FCC2相,显微组织为树枝晶形貌,存在一定的枝晶偏析。合金制备态的硬度为255 HV0.5。合金具有良好的热稳定性,随着热处理温度的升高,合金的相结构和硬度均无太大的变化。冷却方式对合金的显微组织和相结构影响不大,但炉冷后合金的硬度比空冷和水冷时高。     

Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2高熵合金的微观组织与力学性能

采用电弧熔炼工艺制备了CrxCuFe2Mo0.5Nb0.5Ni2(x=0,0.5,1.0,2.0,摩尔比)高熵合金,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计对合金的物相结构、微观组织形貌、元素分布和硬度进行了分析。结果表明,合金物相主要由面心立方固溶体相(FCC)、体心立方固溶体相(BCC)和密排六方固溶体相(HCP)组成。Cr含量的增加,有利于BCC相的形成。合金组织主要呈树枝晶和枝晶间结构组成。合金中Nb、Mo和Cu元素分别偏聚于枝晶和枝晶间区域,Fe、Cr和Ni元素的分布相对均匀。合金硬度随Cr含量的增加而逐渐增加,但增幅较小。     

SiC颗粒对AlCoCrFeNi高熵合金涂层显微组织与力学性能的影响

应用激光熔覆技术制备了Al CoCrFeNi高熵合金涂层,研究了不同Si C添加量对涂层组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明:Al CoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构(FCC)和体心立方结构(BCC)两相组成。添加Si C生成了Cr2Fe14C相,但是抑制了Cr基FCC相的生成。随着Si C含量的增加,熔覆层的缺陷减少且组织形貌发生改变,主要是由晶内BCC、晶间Cr基FCC相和白色析出物组成,其中,白色析出物为Cr2Fe14C相和未熔化的Si C颗粒,且分布在晶间。Si C的加入可以显著提高涂层的硬度及耐磨性,随着Si C含量的增加,涂层的硬度及耐磨性会随之增加。     

等离子熔覆AlCoCrCuFeNiMnV_(0.2)C_x高熵合金的组织结构

利用等离子熔覆技术在Q235钢板上制备Al Co Cr Cu Fe Ni Mn V0.2Cx(x=0,0.02,0.05,0.1,0.2,摩尔比)高熵合金熔覆层,采用XRF、OM、SEM、XRD、显微硬度计等分析了熔覆层的合金成分、微观组织、物相结构以及显微硬度。结果表明,熔覆层基体组织均为典型的树枝晶结构,由FCC+BCC固溶体组成,枝晶为BCC相,枝晶间为FCC相。当x为0.05~0.2时,熔覆层组织中有大量VC相在枝晶内析出,其形态多呈十字状和多边形颗粒状。由于碳的固溶强化作用和VC的析出相强化作用,随着碳含量的增加,熔覆层显微硬度呈增大的趋势,当x=0.2时,显微硬度达到572.4 HV。     

退火工艺对AlCuCrFeNi高熵合金微观组织与硬度的影响

用真空电弧熔炼法制备了AlCuCrFeNi多主元高熵合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度仪等研究了AlCuCrFeNi铸态以及采用不同退火工艺后的微观组织和硬度。结果表明:AlCuCrFeNi合金在铸态下是由枝晶内富Cr、Fe元素的BCC固溶相、枝晶间富Al、Ni的B2相以及枝晶间富Cu的FCC固溶相组成,并伴有少量的金属间化合物AlFe_(0.23)Ni_(0.77),铸造硬度值约为(465±10) HV。随着退火温度升高,Cu元素发生扩散,FCC相变得粗大,合金的硬度值降低到400 HV左右,与铸态硬度相差不大,说明合金具有较高的热稳定性以及较好的高温使用性能。     

激光烧结制备CrFeNiAlSiTix高熵合金组织与性能

为了验证利用铬铁矿粉直接制备高熵合金的可行性,选取和天然铬铁矿粉成分接近的Cr、Fe、Ni、Al、Si作为基础元素,向其掺杂非等摩尔比的Ti元素混合后压制成坯,采用激光自蔓延烧结制备CrFeNiAlSiTix（x=0-1.2）高熵合金。通过共聚焦显微镜、XRD、SEM和EDS、维氏显微硬度计、电化学工作站等进行表征,分析物相结构、显微组织、密度和孔隙率、硬度、耐磨、耐蚀及高温氧化性能。结果表明：随着Ti含量的增加,合金中BCC相增多,且通过本征参数计算进行验证与实验结果吻合。树枝晶组织减少,花瓣状组织增加,枝晶中主要存在与Ti结合力强的元素。当x=1.0时,合金显微硬度最大为935.62 HV,密度最大为5.01 g/cm3,孔隙率最小为24.01 %,单位面积磨损量最小为34 mg·cm-2,氧化速率最大为5.92×10-6 mg2·cm-4·s-1,腐蚀电流为0.98 μA/cm2,年腐蚀深度为1.01×10-2 mm/a。     

时效处理对Cu_xCrFeNiAl高熵合金组织与硬度的影响

采用非自耗真空电弧熔炼炉制备了CuxCrFeNiAl(x=0、0.2、0.5、1.0、2.0)高熵合金,时效工艺为600℃×12h。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和数显硬度仪对高熵合金的微观组织和硬度进行了分析。结果表明,Cu含量较低时(x≤0.5),CuxCrFeNiAl的组织主要由BCC相、FCC相和α-NiAl相组成;Cu含量较高时(x≥1.0),CuxCrFeNiAl的组织主要由含Cr、Fe、Ni的FCC1相、含Cu、Ni的FCC2相和α-NiAl相组成。硬度测试表明,含有BCC相的CrFeNiAl合金硬度(HV)最高,约为641,而由FCC相组成的Cu2CrFeNiAl合金的硬度(HV)最低,约为375。时效处理后合金的物相未发生明显改变,但合金组织更加均匀,并在枝晶间区域有纳米颗粒析出,因而合金硬度与铸态相比略有提高。     

V、Ti、Si、Zr对CoCrFeMnNi高熵合金组织与性能的影响

通过制备Co Cr Fe Mn Ni X(X=V,Ti,Si,Zr)高熵合金,研究了原子尺寸差异δ与合金的组织、相结构和磨损性能之间的关系。研究结果表明:随着δ值增大,合金的XRD衍射强度逐渐降低,合金由FCC单相结构过渡到FCC+BCC双相结构;随着δ值的增大,对应合金的摩擦因数降低,硬度和磨损性能提高。当δ值大于11.40%时,合金的显微组织、相结构、硬度和磨损性能均发生显著变化,δ=11.40%为Co Cr Fe Mn Ni X高熵合金组织和性能发生突变的阈值。     

CoCrFeNiTiAlx高熵合金的组织演变及其力学性能研究

采用真空电弧炉熔炼法制备了CoCrFeNiTiAl_x高熵合金(x=0、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2,x为摩尔比)。研究了Al含量对于CoCrFeNiTiAl_x高熵合金相结构和力学性能的影响。结果表明:CoCrFeNiTi合金为FCC晶体结构。随着Al含量的增加,晶体结构开始向BCC晶体结构转变。CoCrFeNiTiAl_x合金的显微组织为树枝晶组织,枝晶区富含Co、Ni、Ti和Al元素,枝晶间富含Cr和Fe元素。CoCrFeNiTiAl_x展现出优异的室温力学性能,当x=0.5时性能最佳,枝晶区显微硬度为829HV、枝晶间显微硬度为952HV、抗压强度为2.023GPa、弹性模量为21.29GPa。     

AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金的组织形貌及耐磨性

采用真空熔炼法制备出了AlCoCrFeMnZr近共晶高熵合金,通过XRD、SEM、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了AlCoCrFeMnZr合金的晶体结构、组织形貌、硬度以及耐磨性能。结果表明,AlCoCrFeMnZr合金的物相结构为BCC和HCP双相结构,组织由初生相和细密的片状共晶组织组成。初生相由富Cr、Fe、Zr的HCP相组成,以树枝晶方式生长,片状共晶组织中枝晶区域(α相)主要分布Co、Cr、Fe,晶间(β相)主要分布Al和Zr,符合高熵合金组织及元素分布规律。磨损方式由粘着磨损和磨粒磨损转变为氧化磨损,摩擦因数出现先增加后减少的趋势,平均摩擦因数为0.5432,显微硬度为768.8 HV0.5,具有优良的硬度和耐磨性。     

冷喷涂辅助原位合成FeCoxCrAlCu高熵合金涂层组织性能研究

利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45_^#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCo_xCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大;随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV;合金涂层中最小的摩擦系数为0.361;在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45_^#钢基体具有较正的自腐蚀电位(E_corr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。     

FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层的组织及性能分析

为了研究Nb元素含量对FeAlCuCrNiNb_x(x = 0.4,0.6,0.8,1.0，x为摩尔比)高熵合金的组织结构及性能的影响，采用熔化极气体保护焊技术在碳钢板表面制备出FeAlCuCrNiNb_x高熵合金堆焊层，而后对堆焊层进行显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨性和耐蚀性分析. 结果表明，FeCuCrAlNiNb_x高熵合金堆焊层呈现以Fe-Cr相为基的BCC固溶体和少量MC共晶碳化物. 组织为典型的枝晶结构，由灰色的枝晶(DR)及白色的枝晶间(ID)结构组成. 对于耐磨性，加入适量的Nb元素可以显著提高堆焊层的显微硬度和耐磨性，当Nb摩尔比为0.8时，显微硬度最高，耐磨性最好，最大硬度值达到602 HV，磨损量最小为0.30 g. 对于耐蚀性，加入一定量的Nb元素后极化曲线中自腐蚀电流密度减小，腐蚀速率减慢，耐蚀性增强，均优于304不锈钢，当Nb摩尔比为1.0时，堆焊层合金耐蚀性最好.     

铬铁原矿粉掺杂制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层及其组织性能

目的 以40Cr钢为基体,制备掺杂铬铁原矿粉的CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层,提高其硬度与耐磨性.方法 在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯金属粉末中掺杂铬铁原矿粉,矿粉有效原子数分数为0％、5％、10％、15％时,采用激光熔覆技术,在40Cr钢基体上制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层.利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜,表征高熵合金涂层的物相结构及微观组织.利用硬度计、磨粒磨损机,对涂层的硬度及耐磨性能进行表征.结果 不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层为单一的BCC相,铬铁原矿粉为10％时,出现FCC相.高熵合金涂层微观组织以胞状树枝晶为主,涂层与结合区存在明显分界,与基体呈良好的冶金结合.不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层平均硬度值为643.5HV;铬铁原矿粉为15％时,涂层平均硬度值为838.1HV,是基体的3.4倍.磨损率随铬铁原矿粉占比的增加而降低,铬铁原矿粉有效原子数分数为15％时,磨损率约为0.14 mg/mm2,耐磨性能最好.结论 在40Cr钢基体上成功制备出了以铬铁原矿粉为掺杂组元的高熵合金涂层,铬铁原矿粉的掺入,提升了CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层的硬度与耐磨性.     

HT250 铸铁表面等离子合金化 AlCoCrCuFex MnNiCx高熵合金复合涂层

目的通过等离子合金化高熵合金涂层,提高铸铁表面耐磨性。方法采用等离子合金化法,以等摩尔比的Al,Co,Cr,Cu,Mn,Ni单质金属粉在HT250铸铁表面制备高熵合金复合涂层。通过SEM,EDS,XRD等分析涂层的组织,测试涂层的显微硬度分布。结果由于铸铁基体少量熔化,基体中的Fe和C元素进入涂层,形成了厚度约为0.2 mm的Al Co Cr Cu FexMn Ni Cx高熵合金涂层。从涂层表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵的梯度变化。涂层主要由高熵合金的枝晶和枝晶间渗碳体、σ相等组织构成,主要有FCC,BCC,Fe3C及σ相。涂层的显微硬度大约为350~600HV0.2,明显高于铸铁基体的硬度(200~230HV0.2)。结论通过等离子合金化可以在铸铁表面形成高熵合金+碳化物的复合涂层,提高了铸铁的显微硬度,有利于铸铁表面耐磨性的提高。     

添加Ti对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响

为研究添加Ti元素对AlCuFeMnNi高熵合金组织和耐磨性的影响,采用真空电弧熔炼技术制备了等摩尔比的AlCuFeMnNi和AlCuFeMnNiTi合金。利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了上述两种合金的物相组成、显微组织、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,添加Ti元素后,AlCuFeMnNiTi合金由原来的FCC与BCC1双相结构转变为FCC、BCC1与BCC2三相结构,其点阵常数和晶胞体积均有所增大。两种合金均为典型的树枝状晶,Ti元素的添加使合金晶粒逐步细化,枝晶区域面积增加,晶间区域面积减小,枝晶区域弥散分布有少量领先相BCC2。添加Ti元素后,合金的硬度由423.5 HV0.5提高到498.0 HV0.5;质量损失率和摩擦因数则分别由0.43%、0.59降低至0.39%、0.46,摩擦因数呈先增大后稳定的变化趋势。AlCuFeMnNiTi合金硬度和耐磨性能的提高主要是由Ti元素的添加所引起的细晶强化、固溶强化和晶体结构向高强相转变的综合作用所致。     

低合金钢中合金元素高温氧化行为研究

对低合金钢进行了900~1 200 ℃高温氧化实验,对钢中Si、Mn、Cu、Cr和Ni等合金元素的高温氧化行为进行了研究。结果表明：高温下Si元素与Cu元素存在明显的富集,Si元素会氧化生成Fe2SiO4,阻碍铁离子在氧化铁皮中的扩散,使钢具有一定的抗氧化性;Cu元素可以改善钢的强度、韧性与耐腐蚀性,但是高温氧化后极易形成“富铜液相”,导致出现“铜脆”现象;在1 200 ℃下,Cr元素和Ni元素也会发生富集,Cr在高温下会在氧化铁皮和基体钢之间形成FeCr2O4,同样具有一定的抗氧化性;Mn的氧化物与Fe的氧化物很相似,两者相应氧化物有很高的互溶度;Ni元素对氧化过程没有较大的影响。     

Improving Corrosion Resistance of Ferrous Alloy to Molten Zn by Modifying the Laves Phase Characteristics

The Laves phase morphology in the Fe25Mo14Cr10Ni1Si (wt.%) alloy was modified by Si addition to improve the corrosion resistance of the ferrous alloy to molten zinc. The Si-containing alloy showed a woven, needle-like Laves phase with higher Mo content than that of the Fe25Mo14Cr10Ni alloy. Corrosion resistance to molten Zn for the Si-containing alloy was more than 20 times higher than that of the silicon-free alloy mainly as a result of the characteristics of the modified Laves phase. This phase was oriented perpendicular to the Zn-diffusion direction, which effectively prevented corrosion by the molten Zn, leading to a denser FeZn₁₃ layer rather than the FeZn₁₀ layer produced in the Fe25Mo14Cr10Ni alloy.     

感应加热金刚石/镍基复合涂层微观组织与性能

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的耐磨性能,分析了金刚石/镍基涂层的耐磨增强机制。结果表明,钎涂层中钎料合金物相主要为Ni₄B₃、(Ni,Fe)固溶体、Ni₃Si₂、CrB;金刚石与钎料合金发生了冶金反应,金刚石/钎料合金界面的C元素分布促使金刚石表面出现了双层碳化物结构,分别为金刚石侧的Cr₃C₂和在Cr₃C₂表面生长的Cr₇C₃。金刚石复合涂层的耐磨性能显著优于钢基体,涂层60min磨损失重仅0.25g,为钢对比试样磨损失重的1/12,金刚石在磨损过程中起到了阻挡犁沟扩展的作用,涂层的失效机制为镍基合金磨损和金刚石的脱落。     

Cr含量对CrxMoNbTiZr系高熵合金组织与性能的影响

采用真空电弧熔炼的方法制备了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金(x=0, 0.5, 1, 1.5)。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计以及电化学工作站研究了Cr含量对该高熵合金结构、组织、硬度和耐蚀性能的影响。结果表明,Cr的添加使合金由单相BCC结构转变为富Zr相与富Mo-Nb相的双相BCC结构,随着Cr含量增加,在富Zr相中还有富Cr的Laves相析出;Cr_1.5MoNbTiZr合金具有最高硬度765.53 HV,这是由于第二相析出强化、固溶强化与高熵合金晶格畸变的共同作用;Cr的加入增加了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金在质量分数为3.5%NaCl溶液中发生腐蚀倾向,但降低了该系高熵合金的腐蚀速率,同时发现Cr的添加存在一个临界值来保证合金的抗点蚀能力,超过这个临界值合金就会更容易发生点蚀现象。