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选区激光熔化成形Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金的缺陷类型及形成机理

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激光与光电子学进展 2024年

作者：杜晓洁易铄徐震霖何宜柱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽省金属材料与加工重点实验室

本工作利用选区激光熔化成形Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金，通过改变激光功率和扫描速度参数，对不同体能量密度样品的缺陷和表面质量进行研究。研究表明：随着体能量密度上升，样品的致密度呈现先上升后降低的趋势，表面粗糙度表现为先减小后... 详细信息

本工作利用选区激光熔化成形Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金，通过改变激光功率和扫描速度参数，对不同体能量密度样品的缺陷和表面质量进行研究。研究表明：随着体能量密度上升，样品的致密度呈现先上升后降低的趋势，表面粗糙度表现为先减小后增大。在低的体能量密度下(≤77.38J/mm3)，合金表面的粉末因未充分熔化而烧结在一起在表面形成凸起，其内部主要存在未熔合导致的球化缺陷；在高的体能量密度下(≥104.76 J/mm3)，成形过程中产生的熔滴飞溅并堆积在样品表面，合金内部发生匙孔效应并诱导微裂纹的形成。与此同时，成形块体硬度随着体能量密度的增加也呈现出先增加后降低趋势。在体能量密度为88.44 J/mm3的样品具有最高致密度(99.5%)和更好的成形质量，其维氏硬度为211HV，抗拉强度为549 MPa和延伸率为21.8%。

关键词：中熵合金选区激光熔化体能量密度致密度成形缺陷

选区激光熔化成形含Cu中熵合金的微观组织及耐腐蚀性能

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中国腐蚀与防护学报 2024年

作者：易铄周生璇叶鹏杜晓洁徐震霖何宜柱安徽工业大学材料与加工安徽省重点实验室安徽工业大学材料科学与工程学院

本文以选区激光熔化(SLM)制备的Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金(MEA)为对象，重点研究了打印态和经不同时效温度处理的MEA在1mol/LNaOH溶液中的耐腐蚀性能，分析了微观组织对腐蚀行为的影响。结果表明，SLM-MEA经过300℃时效后，晶界处的富Cu相优... 详细信息

本文以选区激光熔化(SLM)制备的Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金(MEA)为对象，重点研究了打印态和经不同时效温度处理的MEA在1mol/LNaOH溶液中的耐腐蚀性能，分析了微观组织对腐蚀行为的影响。结果表明，SLM-MEA经过300℃时效后，晶界处的富Cu相优先被溶解，从而抑制了活性部位溶解，提高了耐腐蚀性能。对比打印态，300℃时效态的腐蚀电流下降了37.37%，极化电阻提高了2倍。随着时效温度升高，富Cu析出相的位置沿晶界处向胞状亚晶内部转移。富Cr碳化物随着温度升高发生粗化，削弱了钝化膜的保护能力。此外，300℃时效态中富Cu析出相的溶解，提高了钝化膜中Cr+Ni/Fe+Mn阳离子比，其值为打印态的1.2倍，促进更致密连续的钝化膜形成。

关键词：中熵合金选区激光熔化时效处理微观组织腐蚀性能

304和430不锈钢铸坯氧化皮结构及结合力研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年

作者：孙琼琼贾玺泉徐震霖何宜柱范光伟张威李欢安徽工业大学材料科学与工程学院太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室

利用场发射扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪，分析了304奥氏体和430铁素体不锈钢铸坯在1240℃空气中保温4 h后的氧化皮结构和成分组成，并利用3D微米划痕仪表征了氧化皮与基体的结合力，探讨材料在实际工况下的氧化机理。结果表明：两种... 详细信息

利用场发射扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪，分析了304奥氏体和430铁素体不锈钢铸坯在1240℃空气中保温4 h后的氧化皮结构和成分组成，并利用3D微米划痕仪表征了氧化皮与基体的结合力，探讨材料在实际工况下的氧化机理。结果表明：两种不锈钢的氧化动力学遵循抛物线规律，且430不锈钢的氧化速率显著高于304不锈钢。两种不锈钢的氧化皮均为典型的3层结构：外氧化层、内氧化层和内部氧化层；但两种不锈钢的内氧化层和内部氧化层的形态存在差异。304不锈钢内氧化层较为致密，而430不锈钢内氧化层存在较多孔洞和裂缝，有利于氧的扩散，从而加速氧化进程。304不锈钢的内部氧化层主要呈分散的块状分布，而430不锈钢内部氧化层呈连续根状分布，增强了氧化皮与基体的结合力。

关键词：不锈钢铸坯氧化皮结构结合力

激光选区熔化Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的组织结构及力学性能研究

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稀有金属材料与工程 2023年第12期52卷 4212-4219页

作者：斯松华雷进徐震霖郑孟勤夏鹏飞安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

通过激光选区熔化(SLM)技术制备了高致密度的CoCrMo和Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金,对比研究CoCrMo和Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的组织结构、拉伸性能及磨损性能,探讨添加Cr_(3)C_(2)颗粒对CoCrMo合金组织及性能的影响机制。研究发现,合金的主... 详细信息

通过激光选区熔化(SLM)技术制备了高致密度的CoCrMo和Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金,对比研究CoCrMo和Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的组织结构、拉伸性能及磨损性能,探讨添加Cr_(3)C_(2)颗粒对CoCrMo合金组织及性能的影响机制。研究发现,合金的主要组成相为γ-Co和ε-Co,添加Cr_(3)C_(2)使合金的物相发生改变,产生M_(23)C_(6)相。CoCrMo与Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的组织均由外延生长的柱状晶和等轴晶组成,添加Cr_(3)C_(2)使柱状晶数量减少。Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的硬度(HV)为(5037±176)MPa,抗拉强度为1520 MPa,相比于CoCrMo合金分别提升了27%、28%。在相同载荷下,Cr_(3)C_(2)/CoCrMo合金的磨损量明显小于CoCrMo合金,耐磨性能提升30%。在SLM过程中,添加的Cr_(3)C_(2)颗粒快速熔解,Cr固溶在基体中,产生固溶强化;在晶界处转变生成M_(23)C_(6)型碳化物,具有沉淀强化作用,有效提高了合金的强度和耐磨性。

关键词：激光选区熔化 CoCrMo合金 Cr_(3)C_(2) 显微结构力学性能

预制表面梯度应变层增强高铁制动盘的耐磨性能

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中国表面工程 2023年第4期36卷 206-216,228页

作者：周霆伟杨磊马新元徐震霖赵海何宜柱安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002 马鞍山钢铁股份有限公司技术中心马鞍山243002

随着客运铁路高速化,列车制动盘的磨损日益加剧,严重威胁列车服役的安全性。为了提高低碳马氏体钢制动盘的耐磨性,采用表面机械研磨处理(SMAT)技术在材料表面制备梯度组织,进而延长材料的服役寿命。结果表明:经SMAT处理后,样品表面形成... 详细信息

随着客运铁路高速化,列车制动盘的磨损日益加剧,严重威胁列车服役的安全性。为了提高低碳马氏体钢制动盘的耐磨性,采用表面机械研磨处理(SMAT)技术在材料表面制备梯度组织,进而延长材料的服役寿命。结果表明:经SMAT处理后,样品表面形成厚约180μm的梯度应变层,切应变沿深度呈梯度分布。板条马氏体被挤压成塑性流线,在最表层形成亚微米晶和条状结构。微米划痕试验发现,样品表层材料的硬化率和摩擦性能随着深度呈梯度变化,耐磨性相比基体增强了1.2倍。在循环应力作用下,靠近样品表面的马氏体晶粒被细化,最表层材料的位错密度比基体提高了14.6倍,从而提高了制动盘钢的表面硬度和耐磨性。此外,与其他铁路耐磨材料相比,样品表现出较高的应变硬化速率。研究成果可为制动盘梯度应变层的工程应用提供参考。

关键词：高铁制动盘表面机械研磨处理梯度结构耐磨性微米划痕

退火温度对激光增材制造CoCrFeMnNi高熵合金耐点蚀性能的影响

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表面技术 2023年第2期52卷 272-281页

作者：贾玺泉徐震霖周生璇何宜柱杜晓洁安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002

目的研究激光增材制造CoCrFeMnNi高熵合金经不同温度退火后,微观组织演变对其在NaCl溶液中的耐点蚀性能的影响规律。方法采用激光选区熔化(SLM)技术制备CoCrFeMnNi高熵合金,通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)研... 详细信息

目的研究激光增材制造CoCrFeMnNi高熵合金经不同温度退火后,微观组织演变对其在NaCl溶液中的耐点蚀性能的影响规律。方法采用激光选区熔化(SLM)技术制备CoCrFeMnNi高熵合金,通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)研究其退火后的微观结构。利用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试研究SLM成形高熵合金的耐点蚀性能,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析钝化膜成分。结果经过不同温度退火后,高熵合金相组成并未改变,均为单一的面心立方结构固溶体。然而高熵合金的微观组织发生了明显转变,退火前微观组织由熔池、柱状晶及胞状亚晶所组成。随着退火温度的升高,熔池边界与亚晶结构逐渐消失,晶粒逐渐长大。SLM成形高熵合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀类型主要为点蚀。随着退火温度从700℃提高至1100℃,高熵合金的腐蚀电流密度先减小、后增加,700℃退火试样相较于打印态试样,腐蚀电流密度下降了97%。打印态和700℃退火试样的钝化膜中Co+Cr+Ni与Mn+Fe阳离子含量的比值分别为1.38和1.61,钝化膜中Cr本征氧化层厚度分别为5.43 nm和5.75 nm。结论高熵合金耐点蚀性能随退火温度的升高,先提升、后降低。胞状亚晶有利于阻碍点蚀坑的扩展,并促使形成稳定的钝化膜。高熵合金经700℃退火,在消除部分熔池边界的同时,保留了胞状亚晶,因此表现出最佳的耐点蚀性能。

关键词：激光选区熔化增材制造高熵合金微观结构点蚀钝化膜

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连铸结晶器表面防护涂层失效行为的研究进展

材料工程 2023年第11期51卷 52-60页

作者：黄东保董振启李申申徐震霖张晖陈相君徐采云何宜柱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243000 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司安徽马鞍山243000

连铸结晶器承担着高温钢液高速振动拉坯过程中的冷却、导热、抗磨损、铸坯表面高精度成型等重要任务,是连铸生产线最关键的核心器件。本文结合结晶器表面防护涂层在国内钢厂的工程应用实践,综述了结晶器铜板表面电镀合金层和热喷涂涂层... 详细信息

连铸结晶器承担着高温钢液高速振动拉坯过程中的冷却、导热、抗磨损、铸坯表面高精度成型等重要任务,是连铸生产线最关键的核心器件。本文结合结晶器表面防护涂层在国内钢厂的工程应用实践,综述了结晶器铜板表面电镀合金层和热喷涂涂层的优缺点、发展趋势以及实际工况服役后结晶器表面不同部位的主要失效形式和形成机制,为优化设计不同区域涂层成分与相应性能提供依据。同时详细介绍了项目组开展的热喷涂/真空扩散复合技术在国内主要钢厂的服役效果和应用优势。最后指出热喷涂技术将逐步取代电镀技术,成为结晶器表面防护的核心技术,并且高熵及中熵合金涂层具有巨大的应用潜力。

关键词：连铸结晶器涂层工业应用失效行为

Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金抗点蚀性的研究

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表面技术 2022年第3期51卷 117-127页

作者：杜晓洁张威丁骁贾玺泉徐震霖范光伟何宜柱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室太原030024

目的研究Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金在3.5%NaCl溶液中抗点蚀性的机理。方法通过动电位极化实验,分析Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的抗点蚀性。利用SEM和EDS等手段观察了经不同变质处理后合金中夹杂物的形貌和元素组... 详细信息

目的研究Ce变质处理提高Fe-Cr-Ni中熵合金在3.5%NaCl溶液中抗点蚀性的机理。方法通过动电位极化实验,分析Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的抗点蚀性。利用SEM和EDS等手段观察了经不同变质处理后合金中夹杂物的形貌和元素组成,并结合阻抗谱分析与XPS技术研究了Ce对钝化膜保护力的影响。结果经不同变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金中的夹杂物形态不同,Ca变质处理合金中夹杂物为CaO-Al_(2)O_(3)和CaS-Al_(2)O_(3)复合夹杂物。在腐蚀过程中,CaS优先溶解导致点蚀萌生。Ce变质处理合金中夹杂物是具有核壳结构的(Ce,Si)_(x)O_(y)-(Al,Mn)_(x)O_(y)稀土复合夹杂物,降低了点蚀敏感度,提高了抗点蚀性。在3.5%NaCl溶液中,Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为3.108×10^(‒6)μA/cm^(2),Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金的腐蚀电流密度为4.883×10^(‒7)μA/cm^(2),其腐蚀电流密度降低了85%。Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金的容抗弧均呈不完整的半圆状,钝化膜与基体间的电荷转移电阻分别为1.872×10^(5)Ω•cm^(2)和4.312×10^(5)Ω•cm^(2),Ce变质处理合金钝化膜中电荷转移电阻提高了1.3倍。稀土铈提高了钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子比,Ca变质处理与Ce变质处理的Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜的Cr+Ni/Fe+Mn阳离子分别为1.66和1.2。XPS分析结果同样表明,Ce变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金钝化膜具有更好的保护性。结论和Ca变质处理Fe-Cr-Ni中熵合金相比,Ce变质处理合金具有更优异的抗点蚀性,这主要归因于稀土元素Ce的影响,一方面Ce使合金中的夹杂物改性,降低了点蚀敏感度;另一方面Ce增加了钝化膜的保护能力,提高了点蚀抗力。

关键词：稀土Ce Fe-Cr-Ni中熵合金点蚀夹杂物核壳结构钝化膜

回火温度对EH890海洋工程用钢耐蚀性能的影响

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金属热处理 2022年第10期47卷 147-153页

作者：车马俊周生璇杜晓洁赵晋斌何宜柱徐震霖安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 南京钢铁股份有限公司江苏南京210035 江苏省高端钢铁材料重点实验室江苏南京210035

为探究回火温度对EH890海洋工程用钢耐蚀性能的影响,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜分析了原始淬火态和不同回火温度下EH890钢的物相及微观组织,通过电化学试验研究了不同热处理状态下的腐蚀行为,并结合显微硬度、位错密度计算分析了... 详细信息

为探究回火温度对EH890海洋工程用钢耐蚀性能的影响,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜分析了原始淬火态和不同回火温度下EH890钢的物相及微观组织,通过电化学试验研究了不同热处理状态下的腐蚀行为,并结合显微硬度、位错密度计算分析了回火温度对其腐蚀的影响规律。结果表明,EH890钢原始淬火态组织为板条贝氏体,少量粒状贝氏体及准多边形铁素体和薄膜状残留奥氏体,随着回火温度的提高,贝氏体板条不断粗化,铁素体与残留奥氏体分解转化,回火温度达到350℃时,贝氏体边界处开始析出弥散细小的碳化物及第二相。随回火温度的升高,试样钢的耐蚀性能呈现先上升后下降的趋势。一方面,回火处理降低了因淬火产生的高位错密度,减轻试样的腐蚀倾向;另一方面,随着回火温度的升高,弥散第二相不断从基体析出,与基体形成局部电偶作用,破坏钝化膜的完整性,降低钝化膜对基体的保护作用,降低腐蚀抗力。在两种因素的综合作用下,经350℃回火试样表面形成了更具保护性的钝化膜,表现出最佳的耐蚀性能。

关键词：海洋工程用钢回火温度耐蚀性能位错密度