高熵合金应用于异种金属焊接的研究现状及发展趋势

近年来,基于国内外对降低能耗的需求,"轻量化"在制造工业中受到广泛的重视.异种金属焊接可以综合发挥不同材料的性能优势,成为实现"轻量化"的有效途径.然而,在多数异种金属连接接头处会形成硬而脆的金属间化合物(IMC),严重降低焊接接头的强度和韧性.高熵合金兼具高熵效应与迟滞扩散效应,使其具有作为中间层材料或者钎料应用于异种金属连接以改善IMC带来的问题的巨大潜力.本文综述了近年来将高熵合金作为异种金属焊接中间层材料/钎料的相关探索性研究,重点关注高熵合金对焊接界面IMC的产生、微观组织和焊接接头力学性能的影响.综合分析相关研究,结合分析作为金属基复合材料增强体以及与铝合金、钢和钛合金等传统材料的异种金属焊接时所产生的高熵合金/传统金属界面组织特征,指出高熵合金确有作为中间层材料/钎料应用于不同类型异种金属焊接的潜力.为了推进高熵合金在这一方向上的应用,需要开展更加系统和深入的机理性研究以揭示高熵合金改善界面组织的机理,并针对不同异种金属体系优化出高熵合金中间层材料/钎料成分;此外,有必要开展"放大"研究以模拟实际工况下的作用效果.     

金属间化合物与大块玻璃合金的形成

综述了大块玻璃合金液态结构,结晶动力学行为,玻璃态形成机制以及其与金属间化合的关系,应用二元合金液态结构的理论模型,分析与推测,分析与推测大块玻璃合金的液相结构,解释了大块玻璃合金的特殊热力学性质和大块玻璃态形成机制,介绍了Ｚｒ基大块玻璃合金的一些研究结果。     

长程有序金属间化合物FeAl合金的研究现状与发展

近年来,金属间化合物FeAl由于具有一系列优点而受到普遍重视,大力开展研究。本文综述国外在FeAl方面发表的大量文献和作者近二年的研究工作。主要内容包括相结构和晶体缺陷,物理性能和抗腐蚀性能,以及脆性、显微组织和力学性能等方面。     

高熵合金中间层对TiNi/TC4电子束焊接头组织及性能影响

目的 解决TiNi/TC4异种金属的焊接问题,扩大此2种金属的结合应用.方法 选用3 mm×40 mm×0.5 mm的FeCoCrNiMn高熵合金薄片作为中间层,采用电子束焊接方法焊接TiNi/TC4.对形成的接头进行宏观分析,采用电子显微镜以及X射线衍射仪对其微观组织进行表征;通过拉伸和硬度测试,分析该接头的力学性能.结果 接头宏观成形存在裂纹缺陷,观察微观组织发现,在焊接接头中只形成了AlTi3相和Ni0.35Al0.30Ti0.35相,没有形成Ti2Ni相.接头的抗拉强度为81.8 MPa,伸长率为4.38％,平均显微硬度为HV661,断口呈脆性断裂特征.结论 将高熵合金作为中间层焊接TiNi/TC4是一种有效的方法,可以成功实现异种金属的焊接,中间层的存在可以有效调控焊缝中的析出相种类.     

锆、钒离子注入铝形成金属间化合物

利用金属蒸气真空弧离子源,将大束流Zr和V离子注入到Al中,在离子注入过程中直接形成了金属间化合物Al3Zr,Al10V和Al3V.当Zr离子束流密度为64μA/cm2,剂量为5×1017ions/cm2时,在Al表面形成了稳定相DO23-Al3Zr和亚稳相L12-Al3Zr.当V离子束流密度为51μA/cm2,剂量为3×1017ions/cm2时,在Al表面形成了Al10V和Al3V.Zr和V离子注入到Al中使Al表面的硬度和弹性模量明显提高.     

轻质γ-TiAl金属间化合物的研究进展

γ-TiAl金属间化合物是一种新型轻质的高温结构材料,是当代航空航天工业、民用工业等领域的优秀候选高温结构材料之一,具有重要的工程化应用潜力。介绍了γ-TiAl基金属间化合物的发展过程,以及成分-组织-性能-制备关系,产业化和应用状况。特别指出,北京科技大学发展的高Nb-TiAl金属间化合物为国内外TiAl基金属间化合物发展的重点方向。最后总结了TiAl基金属间化合物的国家需求和发展趋势。     

各类高熵合金的研究进展

随着科学与技术的不断发展,传统合金已无法满足现代工业发展的要求,迫切需要一种具有优异性能的新型合金材料来满足工业发展的需求。高熵合金是在传统合金的基础之上提出的,其具有比传统合金更优异的性能,所以对高熵合金的研究具有重要的价值。高熵合金是由5种及5种以上主元构成,且每种主元的原子分数5%并35%。阐述了块体高熵合金、薄膜状高熵合金、丝状高熵合金以及粉末状高熵合金的研究现状以及取得的进展。     

几种AlCrNbTiVSi高熵合金的微观组织研究

利用真空非自耗电弧炉熔炼了AlCrNbTiV等物质的量高熵合金铸锭、AlCrNb2Ti2V0.5非等物质的量高熵合金和AlCrNb5TiVSi六元合金。分别对这3种合金进行了OM、XRD、SEM和EDS分析;研究了合金中的物相组成、微观组织和成分分布规律。实验结果表明,AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金都只形成了BCC结构高熵固溶相,且未产生金属间化合物相。而AlCrNb5TiVSi合金尽管配位熵很高,但由于Si的电负性,生成了离散分布的Nb5Si3金属间化合物。对AlCrNbTiV高熵合金和AlCrNb2Ti2V0.5高熵合金在单个晶粒中的成分分布进行分析,发现在高熵效应作用下,合金各元素含量波动较小,平均偏差均小于2%(原子分数),但两种合金元素含量存在微弱的变化趋势,如Nb在晶粒中心的含量比晶粒边缘略高,而另一些元素如Cr则恰好相反,表明在凝固和形核过程中仍然不可忽略元素熔点和原子半径效应。     

添加Be对CoCrFeNi高熵合金组织和性能影响的研究

目的 研究CoCrFeNi高熵合金组织和性能在添加Be后的变化,通过高熵合金固溶体相形成规律,设计从面心立方固溶体转变至含体心立方及金属间化合物的(CoCrFeNi)1-xBex系列高熵合金。方法 通过计算验证(Co Cr FeNi)1-xBex系列高熵合金的成分是否落入固溶体区域,并对上述成分高熵合金组织和力学性能进行研究。结果 Be元素的原子数分数为4%时,高熵合金仍为单一的FCC相结构,随着Be元素含量的进一步增加,基体中出现BCC相和金属间化合物。Be的添加使得(Co Cr Fe Ni)1-xBex高熵合金的屈服强度及显微硬度均大大提高,同时密度降低。结论 根据相形成规律设计的(Co Cr Fe Ni)1-xBex系列高熵合金表明,适量添加Be元素可以改善CoCrFeNi高熵合金的综合物理力学性能。     

CoCrFeNi系高熵合金研究进展

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。     

CrFeCoNiCu多主元高熵合金的相分析

利用高分辨SEM与TEM观察显微组织,同时结合相图分析,提出了CrFeCoNiCu多主元高熵合金相的鉴定方法,结果表明:微观组织为枝晶和枝晶间组织,枝晶间存在大量纳米析出相。主要组成相包括枝晶内的Fe,Cr,Ni,Co的FCC固溶体相,枝晶间非晶相和Cu,Ni的FCC固溶体相。相图分析表明,合金材料在1400℃和1100℃左右发生的两次相变,形成了CrFeCoNiCu高熵合金的组织结构。     

高熵合金基复合材料及制备方法研究进展

高熵合金基复合材料可以充分发挥高熵合金和强化相(或金属基体)的性能优势,有望超越传统金属复合材料的性能极限。对高熵合金基复合材料及其制备方法进行了综述,以期能为未来高熵合金基复合材料的组分设计、强化相种类和制备方法的选择带来一定的启发和借鉴作用。首先介绍了高熵合金基复合材料的强化相种类,并对高熵合金基复合材料制备工艺的特点进行了总结;在此基础上,归纳了制备高性能高熵合金基复合材料的关键因素,包括高熵合金成分的选择、强化相种类及生成方式和复合材料的制备方法等因素;最后对高熵合金基复合材料研究领域的挑战和未来发展进行了展望。     

高熵合金氮化物薄膜的研究进展

基于多元高熵合金思想制备的高熵合金氮化物薄膜由于多种元素相互混合,易于产生高熵效应、晶格畸变效应和缓慢扩散效应,使得该新型薄膜体系形成简单的非晶结构和纳米晶结构。依赖于成分和制备工艺,多元高熵合金氮化物薄膜表现出简单的固溶体结构和优异的性能,因而在许多领域极具应用潜力。综述了高熵合金氮化物薄膜的发展概况、组织特点、性能特征、制备方法和应用前景,并对高熵合金氮化物薄膜的发展方向进行了展望。     

铜含量对CoCrFeNi高熵合金组织结构和性能的影响

通过设计不同Cu含量的CoCrFeNi高熵合金,筛选出一种具有较高强度和导电性的Cu基高熵合金。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、力学性能测试机、电阻测试仪研究了铸态CoCrFeNiCux(x=1,2,3,4,5)高熵合金的组织、力学和导电性能。当x=1,2时,合金为FCC单相;当x≥3时,合金除了FCC相外还存在其他析出相。当x=1时,合金的微观形貌由等轴晶组成;当x≥1时,合金的微观形貌是树枝晶和等轴晶形貌,枝晶间的Cu含量较高。合金的拉伸强度和伸长率均随着Cu含量的升高先降低后升高,其中CoCrFeNiCu3合金的综合力学性能最差,抗拉强度仅约120 MPa,伸长率不到1%。CoCrFeNiCu5合金具有最优异的综合力学性能,其抗拉强度约为370 MPa,伸长率约为11%。合金的电阻率随着Cu含量的升高逐渐降低,CoCrFeNiCu5合金的电阻率最低,导电性能最好,同时,电阻随着温度的升高而升高。测试了5种合金的热膨胀系数,其随着Cu含量的升高呈波浪性上升。结合拉伸测试和导电性能测试结果,CoCrFeNiCu5合金具有优异的综合力学性能和导电性能。     

CoCuFeNiTi高熵合金涂层的制备和性能研究

采用激光熔覆技术在40 Cr钢基材表面制备CoCuFeNiTi高熵合金涂层,使用SEM、XRD和EDS等手段分析涂层的显微组织和相组成,研究了涂层的制备工艺、显微硬度、耐磨损和耐腐蚀性能。结果表明：在激光功率为700 W、扫描速度为6 mm/s条件下制备的CoCuFeNiTi高熵合金涂层表面质量较好,涂层与基体之间形成了良好的冶金结合;这种涂层由FCC相、少量的Cu₄Ti相和微纳级富Cu析出相构成,具有典型的树枝晶显微组织,Cu元素在枝晶间偏聚并形成微纳级富Cu析出相;涂层的显微硬度约为438.83HV,是基体的1.7倍;涂层的磨损质量损失约为基体的1/2,表明这种涂层具有更高的耐磨损性能。涂层的磨损,以黏着磨损为主伴有一定程度的磨粒磨损;这种涂层在pH=4的酸性溶液和3.5%NaCl溶液中的耐蚀性均优于基体。     

轧制处理对AlCrFe2Ni2高熵合金组织与力学性能的影响

目的 为了设计出成本低、性能优异的AlCrFe2Ni2高熵合金,并探究轧制处理对该合金微观组织与力学性能的影响。方法 使用真空电弧熔炼炉熔炼AlCrFe2Ni2合金样品,采用冷轧的方式进行塑性加工,轧制总下压量为60%,结合相图计算、X射线衍射、扫描电子显微镜等分析测试方法研究AlCrFeNi合金体系的相形成规律,以及合金变形前后微观组织、力学性能的变化情况。结果 铸态和冷轧态的AlCrFe2Ni2高熵合金由FCC_A1主相和BCC相构成,BCC区域由编织状的BCC_A2相和BCC_B2相构成。铸态下的屈服强度和抗拉强度分别为681 MPa和1 208 MPa。冷轧后的合金样品硬度和拉伸强度明显提高,经60%下压量的冷轧变形后,合金的屈服强度和抗拉强度分别提升到1 433 MPa和1 620 MPa,但伸长率由铸态的9.5%下降到轧态的2.0%。结论 相组成参数计算结合相图计算(CALPHAD)能够有效预测合金的相组成,轧制处理能够有效改善合金的力学性能。     

放电等离子烧结制备AlCoCrFeNi高熵合金的组织演变与力学性能

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了AlCoCrFeNi高熵合金。通过差热分析、密度测试、X射线衍射、扫描电镜及力学性能测试,研究了SPS烧结温度对AlCoCrFeNi高熵合金的致密化行为、组织演变及力学性能影响。结果表明,随着SPS烧结温度的升高,材料的致密度与抗压缩强度明显提高。1200℃烧结后,AlCoCrFeNi高熵合金的致密度达到99.6%,抗压缩强度达到2195MPa,屈服强度达到1506MPa。在SPS烧结过程中,高熵合金从双相结构(BCC+B2)转变为三相结构(BCC+B2+FCC)。     

FeAl金属间化合物的高温变形行为

对Ｆｅ－３６．５ａｔ％Ａｌ金属间化合物进行了高温拉伸试验研究。结果表明，变形温度在６００－１０００℃范围内，这种ＦｅＡｌ合金的延伸率随温度的升高不断增加，在１０００℃时延伸率最高，达１１５％。经透射电镜分析，该合金高温变形后不仅有大量的滑移位错线，而且有一定数量的位错绻线存在。