机械合金化制备高熵合金研究进展

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。     

高熵合金涂层制备工艺的研究现状

高熵合金涂层凭借其独特的设计理念,具有优于传统合金涂层的优异力学性能和物理化学性能,在多个领域的应用潜力较强,引起了研究者的广泛关注。本文主要综述了现阶段高熵合金涂层的主要制备工艺,激光熔覆技术、热喷涂技术、冷喷涂技术、磁控溅射技术、电化学沉积技术等的最新研究进展,详细分析了每种制备工艺的优缺点及其制备的高熵合金涂层的性能特点,并提出了现阶段高熵合金涂层研究过程中存在的问题,为后续高熵合金涂层的研究、应用及发展提供参考及指导。     

高熵合金涂层研究进展

制备各类涂层对材料表面进行强化是提高材料服役性能的重要途径,可根据服役环境要求,在不影响基体性能的前提下,通过调控工艺改变涂层成分、组织结构,从而改善其性能,延长部件的使用寿命.高熵合金及其涂层是近年来材料领域的研究热点,具有优异的强度、韧性、耐蚀性、耐磨性等特点,在表面工程领域的应用发展迅速.通过设计不同体系的高熵合...     

铁单元素基合金表面激光高熵合金化涂层的制备

利用高功率半导体激光器进行合金化处理,采用等摩尔比的Co,Cr,Al,Cu四主元合金粉末,在Fe单元素基合金Q235钢表面成功制备出FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层.利用SEM,XRD,EDS及显微硬度计对FeCoCrAlCu激光高熵合金化层的微观组织形貌、相结构、成分分布及性能进行系统研究.结果表明:Q235基材主元素Fe在激光辐照时参与了表面合金化过程,形成了FeCoCrAlCu五主元高熵合金涂层;合金化层相组成为具有简单bcc结构的固溶体,显微组织为典型的枝晶组织;激光高熵合金化层仅在基体界面附近出现了少量s四方结构中间相,从高熵合金化层表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化;FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的显微硬度高达8.3 GPa,为基材Q253钢的3倍以上.     

激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。     

高熵合金涂层研究进展

金属材料的失效往往是从材料表面开始,强化材料表面品质会延长金属构件的使用寿命,提高使用效率。高熵合金由于其具有优异的耐腐蚀性、耐磨性、抗高温氧化性等特点受到广泛关注。高熵合金性能的多样性使其可以作为金属表面涂层材料。基于现有研究,综合分析高熵合金涂层对金属材料表面性能的影响,总结了高熵合金作为涂层时的性能特点及高熵合金涂层的制备方法,并提出了该领域技术面临的问题及发展趋势。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述.首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析...     

高熵合金涂层腐蚀性能研究进展

对近年来高熵合金涂层耐蚀性的研究进行了总结,主要从制备工艺、合金成分以及工艺参数对高熵合金耐蚀性的影响进行探究,并对耐蚀性高熵合金涂层存在的问题及研究重点提出建议。     

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。     

球磨时间对机械合金化制备NbMoTaW高熵合金粉末的影响

采用机械合金化技术制备了NbMoTaW高熵合金粉末,研究了球磨时间对粉末相结构、微观形貌、杂质含量、颗粒粒径的影响。利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜对高熵合金粉末进行了物相和形貌分析,利用能谱仪定量分析粉末中元素分布和杂质含量,利用激光粒度仪测试了粉末粒径分布。结果表明：随球磨时间增加,混合粉末经历了扁平化、冷焊断裂、球形化三个阶段,球磨45h后,形成了具有单一BCC结构的高熵合金粉末。粉末形貌从初始的不规则状转变成片状,而后转变成椭球状,且球形度不断优化。杂质主要来源于球磨罐和磨球,不同球磨时间段,杂质含量增速不同。颗粒粒径随球磨时间变化,呈现出先增大后减小的趋势,且颗粒粒径分布更为均匀。     

激光熔覆FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层的腐蚀磨损性能

利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备了FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层,分析了其组织结构、硬度、摩擦磨损、电化学腐蚀和腐蚀磨损性能。结果表明,熔覆层成型良好,表面无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要由FCC固溶体相组成,微观组织以“柳条状”树枝晶为主,结合区为平面晶,与基体呈良好的冶金结合。熔覆层的平均硬度为700 HV_0.2,约为基材的3.5倍。熔覆层在不同载荷下的摩擦系数均低于基材,磨损量小于基材,表现出明显优于基材的耐磨性。在3.5wt% NaCl溶液中,熔覆层自腐蚀电流密度为4.74×10^_-8A.cm^_-2,低于基材两个数量级,耐蚀性优异。在摩擦载荷与腐蚀耦合作用下,熔覆层开路电位发生负偏移,腐蚀倾向增大。随摩擦载荷增大,自腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度增大,摩擦促进腐蚀作用增大。     

B对FeCoCrNiSiBx高熵合金激光熔覆层组织和硬度的影响

采用激光熔覆制备了FeCoCrNiSiB_x高熵合金熔覆层,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究微量硼元素(摩尔比x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)对FeCoCrNiSiB_x高熵合金熔覆层组织和硬度的影响。结果表明:无B高熵合金涂层组织主要为胞状晶。B的添加会促进枝晶的生成,逐渐形成鱼骨状树枝晶,但过量的B会破坏枝晶完整性,形成蠕虫状晶。此外,高熵合金熔覆层组织为FCC和BCC双相结构,B元素的添加会形成大量0.1~2.6 μm的Cr₂B第二相,有助于提高熔覆层硬度,其中x=0.06时激光熔覆层的硬度最高,约为537 HV0.2。     

激光熔覆Al0.1CoCrFeNi高熵合金涂层的组织和性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备了Al_0.1CoCrFeNi高熵合金涂层。结果表明,涂层具有单相FCC结构,涂层与基材结合处组织为柱状晶,其他区域为等轴晶;涂层截面显微硬度最高可达560.2 HV0.5,约为基体硬度的2.5倍。涂层表现出明显优于基材的抗热冲击性能。在600 ℃和800 ℃下分别循环50次后涂层均未产生裂纹,但是在1000 ℃高温下循环7次后,基体断裂,而涂层及涂层与基体结合处并没有明显的裂纹。涂层的摩擦因数和磨损率均低于基材,分析表明涂层以氧化磨损为主,而基材的磨损机理为氧化磨损伴随疲劳磨损的混合机制。     

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。     

选区激光熔化制备AlCoCrFeNi高熵合金的成形性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了激光工艺参数对成形性、致密度、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,随体能量密度的增加,致密度逐渐增加,最佳的SLM参数为激光功率50 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距70 μm,层厚30 μm。铸态和SLM态合金是由无序BCC相(A2)和有序BCC相(B2)组成的双相体心立方结构,由于细晶强化作用,选区激光熔化试样具有比铸态试样更高的显微硬度,但是压缩屈服强度降低,原因是选区激光熔化合金中存在裂纹、孔洞等缺陷。     

氮元素对CrFeMnVTi6高熵合金显微组织和力学性能的影响

为了评估氮元素的间隙固溶强化机制对高熵合金性能的影响,采用机械冶金化和放电等离子体烧结工艺制备N掺杂CrFeMnVTi6高熵合金,并利用XRD、SEM、TEM和FIB检测手段对合金的相组成及显微组织进行表征.实验结果显示,CrMnFeVTi6合金组织由TiNx、BCC、Laves相和B2有序相组成.因此,合金在低温区域...     

退火温度对FeMoCrVTiSix高熵合金组织及力学性能的影响

在400、600、800、1100 ℃下对FeMoCrVTiSi_x(x=0、0.3)进行退火处理,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热扫描分析仪、显微硬度计、万能试验机等探究了不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响。结果表明,Si元素的添加提高了FeMoCrVTi高熵合金的热稳定性。经过退火处理,FeMoCrVTiSi_x高熵合金的微观组织仍为以BCC固溶相为主的枝晶结构,但在枝晶边缘出现黑色的细小富Ti相,其含量随着退火温度的增加而增多,在1100 ℃下富Ti相回溶。富Ti相的析出提高了合金的硬度,其中,800 ℃退火后试样的硬度达到最大值,FeMoCrVTi试样的硬度达到932 HV0.2,FeMoCrVTiSi_0.3的硬度达到998 HV0.2。     

Laser surface alloying fabricated porous coating on NiTi shape memory alloy

Laser surface alloying technique was applied to fabricate a metallic porous coating on a solid NiTi shape memory alloy. By laser surface alloying a 40%TiH2-60%NiTi powder mixture on the surface of NiTi alloy using optimized laser process parameters, a porous but crack-free NiTi layer can be fabricated on the NiTi substrate. The porous coating is metallurgically bonded to the substrate NiTi alloy. The pores are uniformly distributed and are interconnected with each other in the coating. An average pore size of less than 10μm is achieved. The Ni content of the porous layer is much less than that of the original NiTi surface. The existence of the porous coating on the NiTi alloy causes a 37% reduction of the tensile strength and 55% reduction of the strain as compared with the NiTi alloy. Possible biomedical or other applications for this porous surface with good mechanical strength provided by the substrate are prospective.     

冷轧退火对FeMnCoCrAl高熵合金组织和力学性能的影响

使用真空电弧炉熔炼出(Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀)₉₄Al₆合金,利用冷轧及在不同温度对合金进行退火,以期望得到由多尺度再结晶晶粒构成的层状结构;并对不同退火温度的样品进行拉伸性能测试。利用扫描电镜和EBSD对合金组织形貌进行表征,采用X射线衍射方法研究其相组成。结果表明:合金在铸态和冷轧后相组成未发生变化,700 ℃退火得到较好的多尺度再结晶晶粒的层状结构,其屈服强度为487 MPa,抗拉强度为708 MPa,断后伸长率为39%,表现出良好的综合力学性能。     

热处理对双FCC相CoCrFeNiCu高熵合金组织与性能的影响

用真空感应熔炼法制备了CoCrFeNiCu高熵合金,研究了不同退火温度对合金组织及力学性能的影响.结果表明,铸态CoCrFeNiCu合金具有双FCC相结构,分别为富Cu相和贫Cu相,而且相分离现象随热处理温度的升高逐渐明显.铸态合金的组织形貌为典型树枝晶组织,随热处理温度的升高,富铜相增多,枝晶间隙变宽,且出现了大量纳...