BOB综合体育官网app下载-西北工业大学：高熵合金高温性能研究进展

高熵合金作为一种全新的合金设计理念，将合金设计的规模从传统合金设计所着眼的相图边角扩大到了相图中心广漠的区域，也培养了其怪异的性质。在浩繁高熵合金种类中，有一部门具有广漠的高温利用前景，有望成为新一代高温材料，如高温高熵合金和难熔高熵合金等。 为bob综合体育app登录官网了充实阐扬高熵合金的高温力学机能，西北工业年夜学贾宇浩等在《锻造手艺》上，别离对共晶高熵合金、高温高熵合金和难熔高熵合金的高温力学机能进行了综述和会商，并提出了高熵合金在高温范畴利用的一些看法和将来可能的研究标的目的。 2004年，Cantor和Yeh等缔造性地提出了多主元合金也就是高熵合金的概念。今朝，跨越3个主元素且最年夜元素的浓度年夜在35%或构型熵年夜在等在1.5R的合金也可被视为高熵合金，如图1所示。高熵合金的成份位在多元相图中间广漠的未知区域，使合金设计的规模获得扩大，极年夜地丰硕了合金设计的选择与内在。高熵合金概念的这一冲破为物理冶金范畴供给了新的研究标的目的。最近几年来，关在高熵合金在高温机能方面的报导一日千里。相干研究首要集中在双相高熵合金、析出强化型高熵合金和难熔高熵合金3个方面。 图1 基在构型熵的合金分类 高熵合金的高温短时力学机能 人们设计了各类同时包括软相与硬相的共晶高熵合金，此中软相凡是为γ型高熵固溶体，可觉得合金供给塑性；而硬相有β相、Laves相、CoMo2Ni相等，其与软相的界面可以阻碍位错活动，起到强化感化。双相高熵合金在凝固进程中直接构成同时具有软硬两相的原位复合材料，操纵界面强化，共晶高熵合金凡是具有优良的室温、中温强度和塑性，并具有密度低、组织不变性高档特点，使其在中温利用的布局材料范畴具有成长潜力。 图2 典型的共晶高熵合金纤维组织图 对首要由γ和γ′相构成的高熵合金，屈就应力会跟着温度的升高而反常增添。Cao等开辟了成份为Co43Ni29Al10Cr10Mo2.1Ti2.2Ta2.2Nb1.5的富钴高熵合金。在800~1100℃等温时效后，在γ基体中发现高密度γ′相(图3)。而在持久热表露后，在晶界和晶粒内部都没有构成脆性金属间相。该合金在800℃下的抗拉强度到达755MPa，900℃下抗拉强度为664MPa，机能较为优良。从今朝的研究成果来看，γ′型析出强化高熵合金室温和中高温机能优良。因为与镍基高温合金组织类似，是以相干研究较为丰硕，设计与制备难度较低，是今朝最接近适用化的高温高熵合金种类。 图3 Co43Ni29Al10Cr10Mo2.1Ti2.2Ta2.2Nb1.5合金三角晶界的SEM放年夜图和基体区域γ′析出相的TEM暗场像 难熔高熵合金作为高熵合金中较为怪异的种类，由熔点高在1650 ℃的铌、钽、钨、锆等难熔金属元素构成。从其界说可知难熔高熵合金的熔点极高，是以具有较高的高温强度。除高熔点以外，难熔高熵合金还具有怪异的高温强化机制。例如，AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金具有两个共格的体心立方纳米相(图4(a))，共格的2个别心立方纳米相之间的界面可以有用地限制位错的活动。是以，AlMo0.5NbTa0.5TiZr合金在1000、1200 ℃下的屈就强度比CrMo0.5NbTa0.5TiZr合金提高了36%~50%(图4(b))。今朝，难熔高熵合金高温方面机能的研究较为丰硕，而其独有的优势将吸引多量学者对其强化机理进行更深切的研究。 图4 AlMo0.5NbTa0.5TiZr的篮网状片层布局和其与CrMo0.5NbTa0.5TiZr、Al0.4Hf0.6NbTaTiZr和HfNbTaTiZr 难熔高熵合金的屈就强度对照图 高熵合金高温组织不变性 金属材料在高温时凡是会产生组织粗化，进而严重影响其力学机能。一般来讲，双相合金因为两相的差别，对中高温组织粗化的反抗能力比单相合金更强。在双相合金的组织不变性与组织粗化方面，Baker等对铸态双相共析Fe28Ni18Mn33Al21合金在1173 K分歧时候(250 h)退火前后的显微组织和力学机能进行了研究。因为在较高温度时晶格分散行动对粗化的影响很年夜，是以在高温热处置后，β相尺寸从50 nm增年夜到2.5 μm，相宽度与保温时候的关系如图5所示。 图5 相尺寸与保温时候的关系 与高温合金近似，高熵合金的析出相包罗γ′、D022、μ、σ、Laves相等。高熵合金中γ′相的体积分数和尺寸对其高温力学机能有显著影响。除体积分数与尺寸的影响，高温进程中的粗化行动还会影响析出相的形态。γ′相的高体积分数与高粗化阻力使得合金具有优良的高温强度。微量元素的添加有益在下降析出相的粗化速度，提高相不变性。是以，在合金设计进程中需要侧重斟酌若何操纵微量元素和工艺手段来晋升相不变性，以减缓相的粗化历程，晋升合金的力学机能。 高熵合金的高温蠕变机能 对高熵合金来讲，其怪异的严重晶格畸变效应缓和慢分散效应从理论上来讲对晋升合金的蠕变强度有所裨益。Zhang等研究了CoCrFeMnNi高熵合金在750~900 ℃的高温拉伸蠕变行动，其蠕变曲线如图6(a)所示。合金蠕变应力指数约为3.7，蠕变激活能约为230 kJ/mol，注解了其应力辅助的热激活蠕变机制。另外，Rozman等初次评估了铸造板状CoCrFeMnNi高熵合金23500 s以上的长时候拉伸蠕变机能。成果注解合金显现韧性断裂体例，其抗蠕变机能优在铁素体/马氏体，但不如奥氏体不锈钢，如图6(b)所示。另外，经由过程引入析出、弥散第二相可有用晋升高熵合金的抗蠕变机能，是将来值得进一步摸索的研究标的目的。 图6 CoCrFeMnNi 高熵合金拉伸蠕变曲线和拉伸蠕变机能与商用钢对照 高熵合金中常含有多种合金成份，既有活跃的铝、钛、铬等元素，又有铌、钽、钨、钼等难熔金属，有些还会插手锆、硼、碳等微量元素。在高温情况下，合金元素轻易产生选择性氧化或加快氧化，构成氧化物。图7为部门高熵合金、不锈钢、高温合金100h内的氧化增重，可以发现比拟一些传统合金，高熵合金在高温下的抗氧化机能并没有显著优势。 高熵合金凡是含有较高原子比例的铬、铝等元素，与传统的高温合金比拟，从理论上具有更优良的抗氧化性。Tsao等研究了基在Al-Ti-Cr-Fe-Co-Ni系统的高温高熵合金的900~1100℃/5~200h高温氧化和侵蚀机能，并与CM247LC镍基高温合金进行了比力。该研究不雅察到高熵合金因为分歧的溶质构成了复杂的氧化物，并认为含量较高的铬和铝增进了庇护性铬和氧化铝层的构成，表示出优良的热侵蚀和抗氧化性。 难熔高熵合金首要是由铌、钼、钽、钨、锆、钒等抗氧化性较差的高熔点元素作为主元，在高温氧化进程中难以生成致密的氧化物来阻碍氧内分散。对难熔高熵合金凡是研究钨、钼等在氧化进程中的感化。针对高熵合金的现实开辟需求，可以从涂层、热处置工艺和制备方式等方面优化高熵合金的氧化机能。今朝高熵合金的抗氧化机能研究还没有构成系统，还需继续进行研究。 图7 部门不锈钢、高温合金和高熵合金100h内的氧化增重 首要结论 (1)今朝的高熵合金很难在包管强度的条件下知足其他所有高温机能。是以，经由过程合金化、工艺优化等手段对高熵合金的高温综合机能进行优化是此后的重点研究标的目的之一。 (2)共晶高熵合金具有优良的中温机能，在700℃以下具有强度高、塑性好、本钱低。较低的密度将较年夜地扩大其合用规模，特别是对证量敏感的航空、航天等范畴。γ′析出强化型高熵合金高温综合机能最好。因为高熵合金元素种类较多，若何构成一个优化的、对分歧系统析出型高熵合金都合用的析出相参数将是将来需要研究的难点。 (3)因为今朝很多高熵合金中都插手了年夜量的铝、铬等元素，是以抗氧化性相较在传统的高温合金具有必然的优势。难熔高熵合金因为富含多种难熔易氧化元素，其抗氧化性差的问题是其推行利用的最年夜障碍。若何解决难熔高熵合金的抗氧化性是此后需要侧重研究的问题。 作者：贾宇浩，王志军，吴庆峰，王晋宇，刘林翔，何 峰，李豪杰，王锦程（西北工业年夜学 凝固手艺国度重点尝试室，陕西 西安 710072） doi：10.16410/j.issn1000-8365.2022.2261 援用格局： 贾宇浩,王志军,吴庆峰,王晋宇,刘林翔,何峰,李豪杰,王锦程. 高熵合金高温机能研究进展[J].锻造手艺,2022,43(11):935-947. DOI:10.16410/j.issn1000-8365.2022.2261.

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