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高熵合金（2022）
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核用难熔高熵合金的研究进展
张平, 蒋丽, 杨金学, 苏钲雄, 王建强, 施坦, 卢晨阳
材料导报
2022,36(14 ):22060260 -22. DOI:10.11896/cldb.22060260
摘要
（
1165
）
PDF（pc）
（7791KB）（
496
）
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开发具有优秀综合性能的核结构材料是先进反应堆研发的关键挑战之一。具有体心立方结构的难熔高熵合金以多种难熔金属为主要合金元素,在抗辐照、高温强度方面潜力较大,在核结构材料领域应用前景广阔。本文围绕难熔高熵合金的成分设计与制备、相组成和相稳定性、力学性能、抗腐蚀性能和抗辐照性能,对当前难熔高熵合金在核结构材料领域的研究进展进行了总结,并在此基础上对核用难熔高熵合金的下一步研究方向和潜在应用场景做出了展望。
参考文献
丨
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多维度评价
原位自生碳化物增强CoCrFeNi高熵合金的显微组织与力学性能
陈瑞润, 陈秀刚, 高雪峰, 秦刚, 宋强, 崔洪芝
材料导报
2022,36(14 ):22050073 -6. DOI:10.11896/cldb.22050073
摘要
（
458
）
PDF（pc）
（5670KB）（
258
）
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为了提高面心立方(FCC)相高熵合金的强度,将Ti和C元素添加到FCC单相CoCrFeNi高熵合金中以实现强化效应。利用真空电弧熔炼法制备(CoCrFeNi)
100-
x
(TiC)
x
(
x
=0、2、4、6、8(原子分数,%))高熵合金,研究了不同含量的Ti和C元素对CoCrFeNi合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加Ti和C元素后,合金的微观结构由单一的FCC相转变为FCC基体相和原位自生富Ti碳化物,富Ti碳化物的形成并未改变基体相类型。富Ti碳化物沿着枝晶间凝固,呈片层状并相互连接形成网状组织。随着Ti和C含量的增加,FCC基体相含量逐渐降低,富Ti碳化物体积分数逐渐增大至12%。拉伸测试结果表明,随着富Ti碳化物含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度不断提高,延伸率呈下降趋势,当
x
=8时,抗拉强度从409 MPa(
x
=0)提升到618 MPa,同时合金能维持可应用的塑性,延伸率可达15.7%。硬度测试结果表明,随着富Ti碳化物含量的增加,合金的硬度呈上升趋势,当
x
=8时,硬度值为253HV
0.2
。原位自生富Ti碳化物产生的第二相强化、固溶强化和枝晶间片层状、网状组织的协同效应使合金强度得到提升,同时合金还保持了较好的塑性。
参考文献
丨
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丨
多维度评价
高熵合金FeCoNiCrP的制备和电催化析氧性能
潘冶, 钟旭, 朱银安, 陆韬, 于金
材料导报
2022,36(14 ):22020109 -5. DOI:10.11896/cldb.22020109
摘要
（
727
）
PDF（pc）
（4672KB）（
348
）
收藏
本工作采用机械合金化法制备FeCoNiCrP高熵合金纳米颗粒,将其负载在碳纤维纸上制成电催化剂电极,对合金进行电催化析氧性能测试。以循环伏安法对催化剂进行电化学激活后,FeCoNiCrP催化剂在1 mol/L KOH介质中驱动10 mA/cm
2
的电流密度所需过电位仅为286 mV,而激活前的催化剂所需的过电位为301 mV。与激活前相比,激活后的催化剂具有更低的塔菲尔斜率(27.6 mV/dec)、更大的双层电容(0.435 mF)以及20 h恒定电位测试下更优异的稳定性。循环伏安法激活导致合金表面发生重构,构建出核壳结构,形成有利于析氧过程的金属氧化物和羟基氧化物,从而有效提升催化剂的析氧性能。
参考文献
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多维度评价
谐波异质结构AlCoCrFeNi高熵合金的制备、组织演化与力学性能
修明清, 李天昕, 张国家, 邹龙江, 卢一平
材料导报
2022,36(14 ):22030309 -5. DOI:10.11896/cldb.22030309
摘要
（
482
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PDF（pc）
（4995KB）（
395
）
收藏
结合机械球磨与放电等离子烧结工艺制备了一种由外层细小晶粒与内层粗大晶粒构成的谐波异质结构AlCoCrFeNi高熵合金(High-entropy alloys, HEAs),测试了其准静态压缩力学性能,并对该合金的相结构与微观组织进行了表征。结果表明,球磨后烧结的AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度为1 686 MPa,压缩应变率为16.5%;未球磨直接进行烧结的AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度仅为1 371 MPa,压缩应变率为16.2%;铸态AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度为1 363 MPa,压缩应变率为18.7%。与其他两种制备方法相比,球磨和烧结工艺制备的AlCoCrFeNi高熵合金的综合力学性能最佳。烧结制备的AlCoCrFeNi高熵合金在相组成上与原始粉末一致,未发生变化,均由BCC+B2+FCC相构成;机械球磨细化了AlCoCrFeNi高熵合金粉末外层的晶粒,外层小晶粒与内层大晶粒形成谐波异质结构,这种特殊的结构在变形时起到背应力强化作用,显著提高了AlCoCrFeNi高熵合金的屈服强度。
参考文献
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多维度评价
AlMgLi
0.5
Zn
0.5
Cu
0.2
轻质高熵合金的组织和耐腐蚀性研究
胡勇, 刘飞, 刘员员, 赵龙志, 焦海涛, 唐延川, 刘德佳
材料导报
2022,36(14 ):22010093 -6. DOI:10.11896/cldb.22010093
摘要
（
356
）
PDF（pc）
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194
）
收藏
采用Al、Mg、Li、Cu、Zn 五种元素,通过磁悬浮熔炼制备了AlMgLi
0.5
Zn
0.5
Cu
0.2
轻质高熵合金。利用XRD、SEM分析了热处理对AlMgLi
0.5
Zn
0.5
-Cu
0.2
轻质高熵合金微观组织形貌的影响。利用ES-D电子天平和CS350电化学工作站检测了AlMgLi
0.5
Zn
0.5
Cu
0.2
轻质高熵合金的密度和耐腐蚀性。结果表明:AlMgLi
0.5
Zn
0.5
Cu
0.2
轻质高熵合金的密度为2.851 g/cm
3
。经过热处理后,AlMgLi
0.5
Zn
0.5
Cu
0.2
轻质高熵合金晶界处含Mg
32
(AlZn)
49
相的共晶组织减少,形貌由条状变为点状。经过300 ℃热处理以后,FCC1相枝晶组织细化且变得更加均匀;FCC1相中的Cu元素固溶到基体内,提高了合金的耐腐蚀性能。但是经过300 ℃+120 ℃热处理后,FCC1相变为等轴状,FCC1基体表面有FCC2(富Cu相)析出,构成了微小腐蚀电池,降低了合金的耐腐蚀性能。
参考文献
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多维度评价
非等原子Al
x
(FeCoNiCr)
88-
x
Mn
12
高熵合金的微观组织及力学性能
赵堃, 孛海娃, 艾桃桃, 廖仲尼, 丁镠, 冯小明
材料导报
2022,36(14 ):22040007 -7. DOI:10.11896/cldb.22040007
摘要
（
345
）
PDF（pc）
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85
）
收藏
通过干法球磨-真空热压烧结-退火工艺制备了Al
x
(FeCoNiCr)
88-
x
Mn
12
(
x
=0、4、12、24)高熵合金,研究了不同Al含量及退火温度对合金组织及力学性能的影响。结果表明:Al
x
(FeCoNiCr)
88-
x
Mn
12
合金均形成了FCC+BCC双相组织,并且随着Al含量的增加,BCC相增多。Al
4
(FeCoNiCr)
84
-Mn
12
合金具有较佳的综合力学性能,其压缩屈服强度为572.7 MPa,极限抗压强度达1 759.3 MPa,断裂应变为39.9%;合金经650 ℃退火1 h后力学性能得到改善,BCC相中的织构特征更加明显。Al
4
(FeCoNiCr)
84
Mn
12
合金优异的力学性能归因于第二相的强化作用和Hall-Petch效应,以及BCC相中小角度晶界的调节作用。
参考文献
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多维度评价
纳米WC对AlCoCrFeNi高熵合金涂层耐磨与耐蚀性能的影响
种振曾, 孙耀宁, 程旺军, 韩晨阳, 苏才津, 娜菲沙·迪力夏提, 樊子龙
材料导报
2022,36(14 ):22030230 -6. DOI:10.11896/cldb.22030230
摘要
（
474
）
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210
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收藏
AlCoCrFeNi高熵合金具有良好的力学性能、耐磨性能以及抗蚀性能,可作为易损零部件的涂层材料。为进一步提高AlCoCrFeNi涂层性能,本工作通过机械混粉的方式对AlCoCrFeNi和AlCoCrFeNi+WC(5%)(添加5%质量分数的碳化钨)高熵合金粉末进行预处理,在45#钢表面通过激光熔覆制备了涂层,并对比研究了两种涂层的表面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度、摩擦磨损及耐蚀性能。结果表明,AlCoCrFeNi+WC(5%)涂层表面粗糙度更低,涂层仍为体心立方结构(BCC/B2),且其晶粒组织得到了细化,W元素和Cr元素富集在晶界处,因细晶强化和第二相强化效应共同作用,涂层平均显微硬度从500HV提高到了600HV。选用直径为4 mm的Si
3
N
4
小球作为摩擦副,在10 N的载荷下测试30 min。与AlCoCrFeNi涂层相比,WC的掺杂使摩擦系数从0.8减小到0.6,磨损失重减少了0.84 mg,磨损划痕宽度和深度较小,磨损程度较轻。在3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学测试中,经过WC掺杂的涂层的自腐蚀电位提高了0.042 V,自腐蚀电流密度降低了一个数量级,同时该涂层表现出较大的电容弧直径,且测试后表面腐蚀坑明显减少,腐蚀程度较轻。这表明纳米WC的添加有效提高了AlCoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨与耐蚀性能。
参考文献
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多维度评价
FeAlNiCrMn高熵合金结构稳定性和力学性能的第一性原理计算
常超, 张辉, 来媛, 李良, 白晓旭
材料导报
2022,36(14 ):21040230 -5. DOI:10.11896/cldb.21040230
摘要
（
592
）
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193
）
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利用第一性原理研究了压力对FeAlNiCrMn高熵合金的结构、弹性常数、韧脆性和弹性各向异性等性质的影响。通过计算合金在不同压力下的晶格常数、结合能及态密度,探究了压力对其结构稳定性的影响规律。利用
B
/
G
比、泊松比
ν
和柯西压研究了合金在0~100 GPa压力范围内的韧脆程度,随着压力的增加,合金的模量和硬度逐渐增大,熔点也逐渐升高,最后详细分析了随着压力的增加合金逐渐由各向异性向各向同性转变的过程。
参考文献
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多维度评价
退火处理对Co
x
CrFeMnNi
2-
x
高熵合金显微组织和耐蚀性的影响
王权, 吴长军, 徐雪薇, 彭浩平, 刘亚, 苏旭平
材料导报
2022,36(11 ):21110150 -7. DOI:10.11896/cldb.21110150
摘要
（
323
）
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135
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通过电弧熔炼法制备了一系列fcc型Co
x
CrFeMnNi
2-
x
(
x
=0.25～1.5)高熵合金,并于600～1 000 ℃真空退火120～360 h,进而研究了Co和Ni含量、退火温度及时间对合金显微组织和耐蚀性的影响。结果表明,这些铸态合金均由fcc单相组成。600～1 000 ℃退火后,除
x
=1.5的合金中会形成少量的hcp相外,其他合金没有相变。铸态Co
x
CrFeMnNi
2-
x
合金主要由粗大的树枝晶组成,合金的耐蚀性随Co含量的增加而逐渐降低。600～1 000 ℃退火会明显改变合金的金相显微组织。600 ℃退火后,由于晶界迁移截断枝晶主干,合金组织得到了细化;同时,由于粗大的晶界增多,合金耐蚀性明显降低。800 ℃退火120 h后,合金中形成了曲折的等轴晶界,但晶内仍有明显的网状编织的亚晶;此时,合金的耐蚀性得到大幅提升。进一步延长退火时间或升高退火温度可使晶界变得平滑细小,晶内的编织网状亚晶逐渐消失,合金的耐蚀性也将进一步提升。这些结果将为fcc型高熵合金的成分设计及组织调控提供依据。
参考文献
丨
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多维度评价
硼铁粉含量对激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层性能及形貌的影响
谷米, 孙荣禄, 牛伟, 郝文俊, 左润燕
材料导报
2022,36(8 ):20120230 -5. DOI:10.11896/cldb.20120230
摘要
（
306
）
PDF（pc）
（5179KB）（
160
）
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本工作目的为研究硼铁粉含量对45钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和性能的影响。利用激光熔覆技术在45钢基材表面制备了不同含量硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层,对涂层表面形貌、微观组织及截面形貌进行对比分析,并测定硬度及耐磨性。结果显示:添加适量的硼铁粉能够改善AlCoCrFeNi涂层表面质量,细化组织。当添加3%~4%(质量分数,下同)硼铁粉时,涂层表面质量提高;当硼铁粉含量为5%~6%时,涂层成型质量变差,裂纹增加并出现了少量根瘤组织。适量添加硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层较不加硼铁粉的涂层硬度和耐磨性都有明显提高。当硼铁粉含量为4%时,涂层获得最佳的表面形貌和较优异的显微硬度和耐磨性,涂层表面质量最佳,未出现明显的根瘤和裂纹。
参考文献
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高熵合金（2022）
