中熵合金
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-01-07
中熵合金的實(shí)例教程
Mater.上
【圖文導(dǎo)讀】
Figure
1.VCoNi
中熵合金微結(jié)構(gòu)
(a).VCoNi合金在900℃退火60分鐘的點(diǎn)子背散射衍射反極圖
(b).TEM圖
(c-e).能量色散圖
(f).3D原子探針X斷層成像
(g).二維離子密度圖
(h).組份構(gòu)成
(i).本體組分分析
Figure 2.VCoNi合金與其他幾種高強(qiáng)度合金的拉伸性能對(duì)比
(a).VCoNi合金與CrCoNi合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
(b).VCoNi合金中，屈服應(yīng)力與平均晶粒尺寸之間的關(guān)系
(c).VCoNi合金與其他高強(qiáng)度合金的拉伸性能對(duì)比
Figure 3
.
局部晶格扭曲的影響的計(jì)算結(jié)果
(a).VCoNi合金和CrCoNi合金中原子平均體積的變化
(b).VCoNi合金和CrCoNi合金中每一個(gè)元素對(duì)的第一最近距離
(c).多元素合金中的均方原子位移
圖
4.VCoNi
合金的形變機(jī)理
(a-c).40%形變的VCoNi合金在900℃退火60分鐘的相關(guān)表征
(d).c圖中對(duì)應(yīng)的方向偏差圖
(e-g).不同形變程度樣品的電子通道對(duì)比成像分析
【小結(jié)】
在這個(gè)工作中，作者發(fā)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的VCoNi中熵合金具有接近1 GPa的屈服應(yīng)力和很好的延展性，這些都是傳統(tǒng)合金所不具備的性能。研究認(rèn)為晶格扭曲可以合金的屈服應(yīng)力和對(duì)晶粒的敏感性。
展開 Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing
Yinan Chen a, Bo Li
本篇論文介紹了利用激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)，成功制造出雙相難熔中熵合金NbMoTi。
由于其高熔點(diǎn)，單一BCC相元素金屬的制造難度大，同時(shí)單一相元素金屬的性質(zhì)單一，限制了合金的性能。因此，本研究探討Nb、Mo和混合MoNbTi粉末的成型分析，F(xiàn)LOW-3D模擬首次成功證明了，利用激光加工可以從粉末混合物中原位合金化生產(chǎn)MoNbTi中熵合金。通過數(shù)值仿真優(yōu)化制造參數(shù)，從而縮短流程設(shè)計(jì)周期。此外，本研究分析了非平衡固化過程中MoNbTi合金樣品的雙相微觀結(jié)構(gòu)。
金屬材料規(guī)格如下。
實(shí)驗(yàn)方式
將Nb、Mo和Ti粉末混合，并通過三維粉末混合機(jī)進(jìn)行攪拌36小時(shí)，得到混合粉末。
通過數(shù)值模擬（FLOW-3D）確定優(yōu)化的加工參數(shù)，如激光功率、掃描速度、掃描間距和層厚等。
以SLM技術(shù)制備出Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品，并使用阿基米德測(cè)量法測(cè)量了它們的密度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化的加工參數(shù)可以成功制備出高密度的Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品。
參數(shù)設(shè)計(jì)
以FLOW-3D進(jìn)行數(shù)值模擬來(lái)確認(rèn)加工參數(shù)。通過改變掃描速度、掃描間距和層厚等參數(shù)，模擬出不同參數(shù)下元素Nb的熔池變化情況。當(dāng)掃描速度降低時(shí)，熔池的幾何尺寸增加，熔池的液面下降。在速度為300mm/s時(shí)，熔池的瞬時(shí)最高溫度為4261K，且成功完成SLM成形。當(dāng)速度下降到200mm/s時(shí)，液面凹陷，成形效果較差。
展開 此外，通過對(duì)位錯(cuò)柏氏矢量的確定，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)墻、迷宮和胞結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)具有不同的柏氏矢量，這表明除了交滑移外，多重滑移也是位錯(cuò)墻（迷宮和胞）結(jié)構(gòu)形成的原因之一。
圖2 不同循環(huán)次數(shù)下的微觀結(jié)構(gòu)
最后，通過研究不同晶粒取向的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，不同于單晶材料，在多晶CoCrFeMnNi合金中，晶粒取向與位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的形成沒有直接的關(guān)系。因此作者認(rèn)為，多晶材料中，不同位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的形成更多地由相鄰晶粒的約束決定。此外，單個(gè)晶粒中多種位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的形成也與相鄰晶粒的約束效應(yīng)有關(guān)。
圖3 多個(gè)不同取向的晶粒的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)
本文揭示的CoCrFeMnNi 高熵合金在低周疲勞下的變形機(jī)理，同樣適用于具有同等層錯(cuò)能（Stacking Fault Energy）的其他FCC高熵合金。同時(shí)本文對(duì)比了該合金和316L奧氏體鋼的循環(huán)變形響應(yīng)，解釋了高熵合金潛在的獨(dú)特疲勞性能的來(lái)源，為將來(lái)高抗疲勞性能的高熵合金設(shè)計(jì)提供了支持。
另外，該研究人員還對(duì)比研究了CoCrFeMnNi 高熵合金和CoCrNi中熵合金，相關(guān)成果以題目‘Superior low-cycle fatigue properties of CoCrNi compared to CoCrFeMnNi’發(fā)表在《Scripta Materialia》上。研究發(fā)現(xiàn)CoCrNi具有更好的疲勞性能，并將這種性能歸因于CoCrNi較低的層錯(cuò)能。相較于CoCrFeMnNi中位錯(cuò)的交滑移運(yùn)動(dòng)引起的墻和胞結(jié)構(gòu)，CoCrNi的低層錯(cuò)能促進(jìn)了位錯(cuò)的平面運(yùn)動(dòng)，使得塑性變形更加均勻，進(jìn)而提高了疲勞性能。
展開 (HEAs)
和中熵合金
(MEAs)
是由等摩爾或接近等摩爾比的幾種元素組成的合金。
因此SLM往往能夠提高合金元素固溶度，形成過飽和固溶體，產(chǎn)生的胞狀亞晶結(jié)構(gòu)是極其獨(dú)特的，可以強(qiáng)烈地改變機(jī)械性能。不銹鋼(
SS
)是工業(yè)和日常生活中應(yīng)用廣泛的材料之一。不銹鋼的結(jié)構(gòu)類型多樣，如奧氏體、鐵素體或雙晶，而Cr是決定其整體耐蝕性的關(guān)鍵元素。研究表明腐蝕動(dòng)力學(xué)與溶解在SS基體中的Cr含量成反比，但是Cr的過度合金化不可避免地導(dǎo)致Fe-Cr σ相沿晶界或晶界方向析出，使材料在受力時(shí)不可避免地集中晶間應(yīng)力，材料脆性增加。在SS中Cr含量通常限制在17-22 wt.%。如何解決腐蝕-機(jī)械性能這一問題，一直是科學(xué)和工程領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。
中南大學(xué)的研究人員結(jié)合SLM AM技術(shù)和高/中熵合金(H/MEA)的新合金化策略，為制備細(xì)晶Cr過飽和不銹鋼Fe-Cr-Ni三元合金奠定了基礎(chǔ)。采用近等原子原理，F(xiàn)eCrNi MEA的平均Cr含量達(dá)到35 at.%的突破水平。在沒有σ相析出的情況下，SLM成功構(gòu)建了MEA材料，并測(cè)試了其力學(xué)性能和耐蝕性。
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中熵合金的最新內(nèi)容
因此，本研究探討Nb、Mo和混合MoNbTi粉末的成型分析，F(xiàn)LOW-3D模擬首次成功證明了，利用激光加工可以從粉末混合物中原位合金化生產(chǎn)MoNbTi中熵合金。通過數(shù)值仿真優(yōu)化制造參數(shù)，從而縮短流程設(shè)計(jì)周期。此外，本研究分析了非平衡固化過程中MoNbTi合金樣品的雙相微觀結(jié)構(gòu)。
金屬材料規(guī)格如下。
目前的研究項(xiàng)目是高熵合金中磁性和超導(dǎo)性研究，以及具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的化合物磁性狀態(tài)的化學(xué)控制研究。
原文出自Metals 期刊
Kitagawa,J.; Hamamoto, S.; Ishizu, N.
中南大學(xué)的研究人員結(jié)合SLM AM技術(shù)和高/中熵合金(H/MEA)的新合金化策略，為制備細(xì)晶Cr過飽和不銹鋼Fe-Cr-Ni三元合金奠定了基礎(chǔ)。采用近等原子原理，F(xiàn)eCrNi MEA的平均Cr含量達(dá)到35 at.%的突破水平。在沒有σ相析出的情況下，SLM成功構(gòu)建了MEA材料，并測(cè)試了其力學(xué)性能和耐蝕性。
材料：Ti基中熵合金室溫拉伸10%變形后的樣品。儀器：TalosF200X場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡。描述：在低密度、高性能的新體系Ti基難熔中熵合金研發(fā)中，通過表征變形行為來(lái)明確其強(qiáng)韌化機(jī)理。室溫拉伸應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)，合金中發(fā)現(xiàn)了位錯(cuò)通道。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員利用激光重熔制備了共晶中熵合金AlCrFe2Ni2，探討了激光重熔對(duì)合金組織、相演變和力學(xué)性能的影響。通過計(jì)算四種潛在的強(qiáng)化機(jī)制來(lái)評(píng)估主要的強(qiáng)化機(jī)制，以預(yù)測(cè)重熔MEA的屈服應(yīng)力。
圖4 根據(jù)TEM明場(chǎng)像計(jì)算的高熵合金中納米晶含量隨電流密度變化的結(jié)果
中熵合金(MEAs)中也存在SRO現(xiàn)象。CoCrNi MEA的原子結(jié)構(gòu)表明，Cr有利于Ni和Co鄰居，降低了電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率，提高了堆垛錯(cuò)能和硬度。
MC(蒙特卡洛)/MD(分子動(dòng)力學(xué))混合模擬，已被證明是探索原子偏析和SRO對(duì)MEAs和HEAs力學(xué)性能影響的有力工具。眾多模擬結(jié)果表明，屈服強(qiáng)度受成核肖克利部分位錯(cuò)所需應(yīng)變的控制；LD降低了應(yīng)力，而SRO增加應(yīng)力。
另外，該類高熵合金中的L12析出對(duì)合金的力學(xué)性能有重大影響，且元素在L12相中的占位情況受到無(wú)序基體相的影響。
為了研究這種新型金屬間化合物的形變機(jī)理和各元素占位傾向，來(lái)自香港城市大學(xué)的研究人員，報(bào)道了(Ni,Co,Fe)3(Al,Ti,Fe)體系高熵金屬間化合物的元素占位與形變機(jī)理。結(jié)果表明，Ti傾向于占據(jù)Al位點(diǎn)，而Co和Fe傾向于占據(jù)Ni晶格。
本文在晶界沉淀強(qiáng)化型(FeCoNiCr)90Ti5Al5高熵合金中引入了一個(gè)全新、可顯著增加合金加工硬化能力的變形機(jī)制：晶界應(yīng)力集中誘發(fā)晶界第三相相變。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101586
在這項(xiàng)工作中，高熵合金的概念被引入到金屬玻璃催化劑中，以獲得原子水平上均勻分布的元素，這些元素可以部分脫離合金，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)表面層的無(wú)與倫比的納米結(jié)構(gòu)控制。
