高熵合金的強化處理方法有哪些

Ⅰ 高熵合金的腐蝕

                    1、高熵合金元素使用概述

                    2、高熵合金的腐蝕行為

                    3、幾種制備高熵合金的方法

        基於組成元素，研究者將目前己有的高熵合金分成七大類，包括 3d過渡族高熵合金 、 難熔金屬高熵合金 、 輕金屬高熵合金 、 鑭系高熵合金 、 青銅和黃銅高熵合金 、 貴金屬高熵合金 、 間隙化合物高熵合金 ，其中前兩類高熵合金的研究較為廣泛。

定義 ：3d過渡族高熵合金在高熵合金家族中占據了半壁江山，主要組成元素為 Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Al、Ti和V ，絕大多數FCC單相固溶體高熵合金屬於3d過渡族高熵合金體系，但隨著BCC穩定元素的加入，合金體系會從單相FCC向FCC＋BCC雙相轉變，最終可獲得單相BCC合金。

舉例 ：在AlxCoCrCuFeNi合金體系中當x＝0．5時，枝晶臂和枝晶間均為FCC相，當提高A1含量至x＝1．0時，在等原子比合金的枝晶臂中出現BCC相，而枝晶間則為FCC＋BCC雙相結構，進一步提高A1含量至x＝2．0，BCC相的相對含量進一步提升。相組成比例的改變帶來的是合金硬度等本徵性能的改變（維氏硬度自約200Hv上升至約560Hv），進而帶來耐磨性等使役性能的提升，這很好地體現出材料研究中成分－結構－性能－使役性能的調控思想。

定義： 難熔高熵合金的主要組成元素為Hf、Mo、Ta、Zr、Ti、Nb、W、V和Cr，另外也會根據性能需求加入Si或 Al 等非難熔元素。

特點：一方面，難熔高熵合金的研究著眼於新型高溫結構材料的應用前景，其合金元素的熔點（ 2128 - 3695K ）、質量密度（4.5－19.4 g/cm3）和楊氏模量（68－411GPa）均為研究者提供了廣闊的選擇空間。另一方面，Wu等發現在 HfNbTiZr 等原子比體系中，僅通過固溶強化獲得的單相BCC合金即可具有  ~879MPa 的屈服強度和14.9％的延伸率，因而相較於Nb基合金而言具有更好的耐磨性和更低的摩擦系數，這表明難熔高熵合金體系具有工程應用的可能性。而Ti、Zr、Nb、Ta的組合更傾向於形成單相固溶體，有助於合金力學性能的優化。

1、對於3d過渡族高熵合金而言，其耐蝕性主要源於Cr、Al及Ti元素的添加，在表面形成鈍化膜，抑制腐蝕的進一步發生。這與傳統金屬如不銹鋼等非常相似，其本質是依靠可純化組元去保護不可鈍化的組元。如Chen等研究了Al0.6CoCrFeNi高熵合金在模擬海水及酸雨中的腐蝕與磨損行為，其結果表明合金錶面所形成的 Al2O3 和 Cr2O3 鈍化膜在腐蝕磨損的過程中起到重要的保護作用。

2、而多數難熔高熵合金的組成元素本身在工作介質中就可以形成穩定純化膜，如Ta、Nb、Zr、Ti等，所以難熔高熵合金在工作介質中將處於各組元競爭形成氧化膜的情況，並沒有哪種組元會出現嚴重的活性溶解，因而其耐蝕性要更加優異，特別是針對於生物醫用等對於腐蝕速率更為敏感的應用背景中。

Motallebzadeh等研究了 TiZrTaHfNb 和Ti1.5 Zr T0.5 Hf0.5 Nb0.5高熵合金在PBS溶液中的電化學行為，其結果表明，由於表面鈍化膜的保護作用，這兩種高熵合金錶現出高於316L不銹鋼、CoCrMo和Ti6 Al4V的極化電阻，且在線性掃描中其純化平台可延伸至1800mV Ag／AgCl，沒有發生點蝕且腐蝕電流密度低於Ti合金等傳統醫用金屬。其表面鈍化膜的主要成分為Ti02，Zr02，HfO2，Nb205和Ta205。相近的結果見於Chen等對TiTaHf中熵合金的研究中，該合金在SBF溶液中浸泡7天後，XPS結果表明其表面鈍化膜主要成分為Ti02，Zr02和Ta205，這種等原子比合金錶面所形成的混合氧化物膜的腐蝕抗性要優於組元種類相近的傳統合金，如TilOTa6Nb合金。

電弧爐 ：電弧爐（electric arc furnace）利用電極電弧產生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時能量很集中，弧區溫度在 3000℃ 以上。對於熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去 硫 、 磷 等雜質，爐溫容易控制，設備佔地面積小，適於優質合金鋼的熔煉。

缺點 ：

    1、電弧熔煉可能並不適用於熔點較低的元素(如Mg、Zn 和Mn)，因為這些元素容易蒸發，不易控制其成分，它們可以考慮電阻加熱或感應加熱。

    2、傳統熔煉方式制備HEA時容易產生孔洞、組織疏鬆、晶粒粗大、成分偏析等缺陷，這些都顯著降低了HEA的耐蝕性。

定義 ：激光熔覆工藝具有加熱、冷卻快，熔覆層均勻緻密、顯微缺陷少等優點，此外還很容易實現微熔覆，對基體的熱影響很小。該技術類似於等離子噴塗，不同的是它使用一個集中的激光束作為熱源。這種技術通常會產生冶金結合，具有優於等離子噴塗的粘結強度。

優點 ：突出優點是激光束可以聚焦並集中在一個很小的區域，這使得基板的熱影響區非常淺，從而最大限度地減小了基板材料破裂、變形或變化的可能性。

定義 ：磁控濺射是一種物理氣相沉積(PVD)技術，廣泛應用於各種金屬、半導體、絕緣體等單層或復合薄膜材料的制備，具有設備簡單、易控制、塗層面積大、附著力強等優點。

缺點 ：採用磁控濺射制備HEA 塗層時，雖然塗層結構連續性及緻密性較好，沉積快而基體升溫慢，容易控制塗層的性能及厚度，但是靶材利用率較低，塗層厚度也受到限制，因此目前採用磁控濺射制備耐蝕性HEA 塗層也有一定的局限。

優點 ：電沉積技術具有耗能低、操作簡單、選擇性好、環境污染小等優點，可在金屬部件表面鍍覆一層防腐蝕性鍍層。鍍層的基本要求是厚度均勻、緻密，且與基體材料結合良好。在電沉積過程中，電解液成分及其濃度，以及溫度、pH、電流密度、時間等參數均可精確控制。

缺點 ：目前採用電沉積工藝制備高熵合金塗層的研究比較少，這主要是由於HEA 中元素的電負性差異大，造成HEA 中的成分較難控制，同時由於受電鍍液傳質的影響，鍍層容易產生裂紋，從而影響塗層的耐蝕性。

參考文獻：

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[1]龍瓊,胡素麗,黎應芬,李娟,龍紹檑.高熵合金耐蝕性研究的現狀及最新進展[J].電鍍與塗飾,2020,39(04):231-240.

Ⅱ 高熵合金，大家了解多少金屬

高熵合金（High-entropy alloys）簡稱HEA，是由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。由於高熵合金可能具有許多理想的性質，因此在材料科學及工程上相當受到重視。以往的合金中主要的金屬成分可能只有一至兩種。例如會以鐵為基礎，再加入一些微量的元素來提升其特性，因此所得的就是以鐵為主的合金。過往的概念中，若合金中加的金屬種類越多，會使其材質脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多種金屬卻不會脆化，是一種新的材料。

Ⅲ 哈工大陳瑞潤團隊：高熵合金相形成對其力學性能的影響及其機理研究

導讀： 本文報道了Cr7Mn25Co9Ni23Cu36高熵合金（HEA）在熱處理條件下的相分解以及二次相的形成對其拉伸力學響應的影響。顯微組織分析表明，800 C 2 h和600 C 8 h的熱處理會導致σ相的形成，但在600 及2h以下的熱處理中沒有觀察到σ相。將實驗觀察到的熱穩定性和相與計算的相圖進行比較，並藉助熱力學和動力學進行合理化。基於從頭計算討論了相分解的機理，結果表明分解成兩個固溶體相在能量上優於具有標稱組成的單一固溶體相。

對於金屬結構材料，實現強度和延展性的良好結合是一個重要目標。常用方法包括優化合金成分和控制加工路線。多主合金或高熵合金的發現拓寬了合金設計的領域，是材料領域的重要突破。

目前，已經使用了許多方法來開發具有良好性能的熱等靜壓合金，其中，熱處理是一種簡單、有效和廉價的提高合金力學性能的方法。近年來，學者們熱衷於研究熱處理對某些合金的顯微組織和力學性能的影響。結果表明，當溫度從0 升至1000 時，無相分離發生，說明HEA在較寬的溫度區間內具有良好的相穩定性。

近日，哈工大陳瑞潤教授團隊通過電弧熔煉設計和制備了Cr7Mn25Co9Ni23Cu36 HEA，其在室溫和鑄態下展現出非常好的強度和延展性組合，研究成果發表於金屬頂刊《Acta Materialia》，以 「Experimental and theoretical investigations on the phase stability and mechanical properties of Cr7Mn25Co9Ni23Cu36 high-entropy alloy」為題。文中研究了200 1000 下熱處理對合金顯微組織和室溫力學性能的影響，並將實驗相組成和熱穩定性與熱力學計算進行比較。用計算相圖法（CALPHAD）確定的生成吉布斯能分析了σ相和FCC相的穩定性。此外，討論了高溫下的相分解機理。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116763

SEM和TEM圖像顯示，合金800 熱處理2h時，形成了富Cr和富Co的σ相，這與CALPHAD的預測相吻合。

在 600 的溫度下熱處理的樣品中沒有觀察到σ相，但通過CALPHAD進行了預測。這種差異和動力學因素有關，600 熱處理時間的延長證實了合金的顯微組織變化。

EMTO-CPA的計算結果表明，在低溫和高溫下，與名義成分的合金相比，分解體系(FCC_1和FCC_2)在能量上是優選的。

熱處理溫度從200 提高到600 ，屈服強度和抗拉強度分別從401 MPa提高到581 MPa，以及從700 MPa提高到829 MPa，同時，伸長率從35％降低到22％。這些變化歸因於600 C熱處理時納米沉澱的細化。

由於屈服和極限抗拉強度分別下降至303 MPa和530 MPa，延展性降低至斷裂應變的15％，因此800 C熱處理導致斷裂韌性下降，強度的顯著降低是由於形成的σ析出物分布不均，尺寸無明顯變化。σ相的形成對合金的拉伸力學性能是有害的。

Ⅳ 強化金屬材料的基本方法有哪些

1、固溶強化：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力，使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。
2、細晶強化：指的是通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法，工業上將通過細化晶粒以提高材料強度。
3、位錯強化：是金屬材料中最為有效的強化方式之一。在易於交滑移的金屬中，應變數超過一定程度後，位錯將排列成三維亞結構，當這些亞結構的位錯牆呈鬆散的纏結形貌時，稱為"胞狀結構"。
4、加工硬化：金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現象。
5、第二相強化：意思是當第二相以細小彌散的微粒均勻分布於基體相中時，將會產生顯著的強化作用。
6、彌散強化：指一種通過在均勻材料中加入硬質顆粒的一種材料的強化手段。

Ⅳ 提高高溫合金性能的途徑和方法有哪些

途徑是:固溶強化 加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素擴散速率的元素（鎢、鉬等），以強化基體。 沉澱強化 通過時效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ』、γ"、碳化物等），以強化合金。γ『相與基體相同，均為面心立方結構，點陣常數與基體相近，並與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯運動，而產生顯著的強化作用。γ』相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ『相為Ni3(Al,Ti)。γ』相的強化效應可通過以下途徑得到加強： ①增加γ『相的數量； ②使γ』相與基體有適宜的錯配度，以獲得共格畸變的強化效應； ③加入鈮、鉭等元素增大γ』相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯切割的能 高溫合金 高溫合金 力； ④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ『相的強度。γ"相為體心四方結構，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強度。但超過700℃，強化效應便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物強化。

Ⅵ 金屬材料常用的強化方式及機理是什麼

金屬材料常用的強化方式有細晶強化、固溶強化、第二相強化、加工硬化。

1 細晶強化

通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化，工業上將通過細 化晶粒以提高材料強度。

其原理是通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以用單位體積內晶粒的數目 來表示，數目越多，晶粒越細。

二．固溶強化

合金元素固溶於基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高 的現象。

原理：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力， 使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。

三．第二相強化

復相合金與單相合金相比，除基體相以外，還有第二相得存在。當第二相以細小 彌散的微粒均勻分布於基體相中時，將會產生顯著的強化作用。

原理：它們與位錯間的交互作用，阻礙了位錯 運動，提高了合金的變形抗力。 對於位錯的運動來說，合金所含的第二相有以下兩種情況：

1、不可變形微粒的強化作用。

2、可變形微粒的強化作用。 彌散強化和沉澱強化均屬於第二相強化的特殊情形。

四．加工硬化

隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都有所提高，但塑性、 韌性有所下降。

原理：金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出 現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。

(6)高熵合金的強化處理方法有哪些擴展閱讀：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括雜質總含量<0.2%及含碳量不超過0.0218%的工業純鐵，含碳0.0218%~2.11%的鋼，含碳大於 2.11%的鑄鐵。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等，有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，並且電阻大、電阻溫度系數小。

③特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及准晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。

金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：

⑴高周疲勞：指在低應力（工作應力低於材料的屈服極限，甚至低於彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。

⑵低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由於交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。

⑶熱疲勞：指由於溫度變化所產生的熱應力的反復作用，所造成的疲勞破壞。

⑷腐蝕疲勞：指機器部件在交變載荷和腐蝕介質（如酸、鹼、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產生的疲勞破壞。

⑸接觸疲勞：這是指機器零件的接觸表面，在接觸應力的反復作用下，出現麻點剝落或表面壓碎剝落，從而造成機件失效破壞。

Ⅶ 綜述合金材料都有哪些強化方法和機制,它們在本質上有何異同

看看這些符合標准不？

相同點：都是位錯運動受阻，增加了位滿運動的阻力，使得材料得到強化。

不同點：

①加工硬化：位錯塞積、位錯阻力和形成割階消耗外力所做的功為其可能機制；

②細晶強化：增加了晶界，增加了位錯塞積的范圍；

③固溶強化：溶質原子沿位錯聚集並釘扎位錯；

④第二相強化：分散的強化粒迫使位錯切過繞過強化相顆粒而額外做功都是分散相強化的位錯機制。

Ⅷ 提高鐵碳合金強度的主要技術途徑有哪些

提高強度的措施主要有以下幾方面：
1、提高鐵碳合金的含碳量，一般情況下，隨著含碳量增加，鐵碳合金強度升高，大約在0.9%左右達到最大值，然後隨著含碳量增加強度降低。
2、合金化：往鐵碳合金中加入合金元素，形成合金鋼。
3、加工硬化：通過塑性變形而產生的加工硬化現象來提高強度。
4、細晶強化：通過細化組織、細化晶粒來提高強度。
5、固溶強化：通過提高固溶度來提高強度
6、熱處理強化：通過熱處理淬火來提高強度，是目前最有效的提高強度的方法。
7、第二相強化：使之形成第二相，阻止位錯的移動來提高強度。
8、時效強化：對於不能熱處理淬火的鋼種，這個是唯一有效的強化方法。
9、彌散強化：通過調整第二相顆粒的大小和分布，來提高強度，這個是超高強度鋼的有效方法。
此外，還有通過化學熱處理、表面淬火等方法來提高表面強度的方法，就不一一說了。

Ⅸ 怎麼提高高熵合金塑性和高溫抗氧化性

焓（H）
焓或
熱函
是體系的狀態函數，它的定義式為：
H≡U+PV
式中U—為體系的內能；P—為體系的壓強；V—為體系的
體積
。在恆壓下發生的
化學反應
的
熱效應
Qp按下式計算：
Qp=H
生成物
-H
反應物
=△H
即在恆壓下，反應的熱效應等於生成物與反應物之間的焓的差值。顯然：若△H＜0，則反應為放熱反應；反之亦然。一些物質的標准生成焓（用H2980表示）（在25和1atm下由穩定
單質
生成1摩爾
化合物
時的焓變）可從熱力學手冊中查到。
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Ⅹ 鋁合金強化手段

方式1、鋁合金冷變形強化，冷作硬化。強化程度隨變形度、變形溫度及材料本身的性質而不同。金屬鋁合金材料在再結晶溫度以下冷變形的方式。

方式2、細化組織強化。在鋁合金中添加微量元素細化組織。鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質處理來細化合金組織，提高強度和塑性。變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹、鍶以及稀土元素，提高合金的強度和塑性的方式。

方式3、細化晶粒，從熔鑄開始改善鑄錠的晶粒度。加工硬化，抗拉強度提高，延伸率降低。鋁合金分為可熱處理強化合金和不可熱處理強化合金。

方式4、時效強化。時效過程中使合金的強度、硬度增高的現象稱為時效強化或時效硬化。鋁合金熱處理後可以得到過飽和的鋁合金基固溶體的方式。

方式5、固溶強化。合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體，強度增加，塑性與抗壓力增加。常用銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等。鋁合金

方式6、過剩相強化。合金中過剩相的數量愈多，其強化效果愈好，但過剩相多時，由於合金變脆而導致強度、塑性降低的方式。當合金中加入的合金元素含水量超過其極限溶解度時，淬火加熱時便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現稱之為過剩相。