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高熵合金动态力学行为研究进展

材料工程 2024年第1期52卷 57-69页

作者：王开心仝永刚陈永雄王洁张舒研梁秀兵长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 军事科学院国防科技创新研究院北京100071 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

高熵合金具有高强韧、高耐磨、强耐腐蚀和抗高温氧化等优异特性,因此在能源化工、航空航天和国防等领域展现出良好的潜在应用前景。动态载荷下,高熵合金表现出更高强度、更多孪晶和绝热剪切带等异于准静态载荷下的力学行为,并且不同相... 详细信息

高熵合金具有高强韧、高耐磨、强耐腐蚀和抗高温氧化等优异特性,因此在能源化工、航空航天和国防等领域展现出良好的潜在应用前景。动态载荷下,高熵合金表现出更高强度、更多孪晶和绝热剪切带等异于准静态载荷下的力学行为,并且不同相结构对高熵合金动态性能和变形机理具有显著影响。此外,动态载荷下高熵合金因表现出较好的释能特性,而在结构释能材料领域具有一定研究价值。通常动态实验稳定性较差,测试难度大;但通过本构模型与实验验证相结合的方式,可较好地预测高熵合金的动态力学性能。基于上述分析,本文综述了不同相结构高熵合金的动态力学行为、释能特性和本构模型,并对上述性能特点及其本构模型和模拟计算等方面进行了展望。最后指出高熵合金的动态力学性能可以通过调控元素种类及其配比和相结构及其浓度分布等进行改善;同时温度和应变速率等因素对高熵合金动态力学行为的影响机制需要深入研究;而模型计算在揭示其高应变速率下的变形机制和性能预测方面发挥更大作用。

关键词：高熵合金动态力学行为释能特性本构模型

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高熵合金高能束增材制造及性能的研究进展

稀有金属材料与工程 2023年第8期52卷 2965-2977页

作者：郭义乾郭正华李智勇汪广平刘奋成曾一达南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室江西南昌330063 南昌航空大学江西南昌330063 江西昌河航空工业有限公司江西景德镇333002

高熵合金(HEA)是目前材料和工程科学领域的研究热点。HEA不同于传统合金,由多种主要元素组成,因此HEA成分数量可能大大超过传统合金。HEA因其独特“近/等摩尔比”的成分构成,具备高硬度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温、耐磨等优异的性能。增... 详细信息

高熵合金(HEA)是目前材料和工程科学领域的研究热点。HEA不同于传统合金,由多种主要元素组成,因此HEA成分数量可能大大超过传统合金。HEA因其独特“近/等摩尔比”的成分构成,具备高硬度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温、耐磨等优异的性能。增材制造(AM)与HEA结合可制备出高强度、高塑性、高度复杂几何体的金属零件。本文探讨了目前广泛使用的选区电子束熔化技术(SEBM)、选区激光熔化技术(SLM)、激光熔覆技术(LC)以及等离子熔覆技术(PC)。前两者用于制备块状HEA,后两者用于制备涂层HEA。SEBM制备的HEA延展性好,不易开裂;SLM制备的HEA成形精度、强度、表面光洁度高;LC制备的HEA熔覆层稀释度极低,组织致密;PC制备的HEA熔覆层几乎无气孔、无裂纹。本文系统总结了4种不同AM方法的技术特点,以及制备的HEA相较于传统铸造技术在微观结构特征、力学和耐腐蚀性能方面的优势,并详细介绍其内在机理。将为开发AM制备高熵合金的前沿技术提供理论思路。

关键词：高熵合金增材制造成形工艺力学性能耐腐蚀性

高熵合金的鸡尾酒效应和线性标度关系打破效应于电催化火山曲线上的标记

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Chinese Journal of Catalysis 2022年第11期43卷 2889-2897页

作者：陈俊翔吉雅欣中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室中科院功能纳米结构与组装重点实验室福建福州350002 福建师范大学化学与材料学院福建福州350007

在电催化研究中,高熵合金是一类明星材料.相比于传统低熵化合物,高熵合金通过提升材料的活性位点多样性,在催化活性层面,能够带来两个明显的优势效应.一是所谓的"鸡尾酒效应",即反应位点的相互组合能够调和出极优化的位点;二是线性标度... 详细信息

在电催化研究中,高熵合金是一类明星材料.相比于传统低熵化合物,高熵合金通过提升材料的活性位点多样性,在催化活性层面,能够带来两个明显的优势效应.一是所谓的"鸡尾酒效应",即反应位点的相互组合能够调和出极优化的位点;二是线性标度关系的打破效应,是指由于反应中间体的化学性质差异以及可能的吸附物表面迁移,使得各个中间体键合在不同的反应位点,从而打破线性标度关系.但是,这两个效应的定量却较为复杂,一个重要的原因,是其超出了当前电催化研究中常使用的,基于计算氢电极方法的电催化理论框架(ETF)的适用范围.ETF用单一吸附能来表示催化剂,也就是火山关系中的一个"点",然而鸡尾酒效应,却导致吸附能以一个分布的形式存在;另外,线性标度关系打破效应甚至挑战了火山关系的存在性这一ETF的理论基础.这些问题促使科研人员考虑发展一个方法,在火山曲线上表示这两个效应,从而使得高熵合金电催化更适宜用ETF进行描述.本文从高熵合金催化剂上吸附能的分布入手.首先,根据以往的理论计算结果,以及吸附的特性,得出吸附能服从正态分布.在此基础上,利用正态分布的优良的数学特性推导得出,可使用平均吸附能和吸附能方差的简单代数加和形式,来表示高熵合金的上述两个效应.利用这套关系,便可简单地在电催化火山曲线上,像对于低熵/一元催化剂那样,继续使用一个"点"来描述高熵合金催化剂.鉴于方差和平均吸附能都是较容易计算的物理量,本文方法可以延续ETF的简洁性.由此,便可将ETF扩展至高熵合金电催化.

关键词：高熵合金电催化理论火山曲线鸡尾酒效应线性标度关系打破效应吸附能分布

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高熵合金热变形行为研究进展

材料工程 2024年第1期52卷 45-56页

作者：于秋颖谢孝昌兰博张利伟李能熊华平中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京科技大学碳中和研究院北京100083

高熵合金颠覆了传统合金以一、两种元素为主的设计思想,其多主元和高混合熵的设计理念赋予了其高强、高韧、耐蚀、耐高温和抗氧化等优异的性能,已成为新型高性能结构材料领域的一个研究热点。高熵合金研发必然要走向工程应用,热加工是... 详细信息

高熵合金颠覆了传统合金以一、两种元素为主的设计思想,其多主元和高混合熵的设计理念赋予了其高强、高韧、耐蚀、耐高温和抗氧化等优异的性能,已成为新型高性能结构材料领域的一个研究热点。高熵合金研发必然要走向工程应用,热加工是其中进一步调控组织性能的重要途径,表征热加工性能的热变形行为是一个新的研究重点和热点。本文从高熵合金热变形研究的现状出发,首先,将高熵合金按相结构进行分类总结,介绍其热变形本构关系和流变应力预测模型。然后,分析FCC,FCC+BCC和BCC结构高熵合金的热变形组织演变,系统综述热变形过程中的变形机制和再结晶机制。最后,强调了高熵合金热变形研究所面临的挑战,并对其未来研究方向提出以下建议:建立基于高熵合金物理性质的本构关系和结构特征的再结晶模型;加强不同制备工艺条件下和复杂载荷作用下的热变形行为研究,突破高熵合金关键制备工艺。

关键词：高熵合金热变形本构关系组织演变变形机制再结晶机制

高熵合金跨尺度异构强韧化及其力学性能研究进展

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金属学报 2022年第11期58卷 1441-1458页

作者：安子冰毛圣成张泽韩晓东北京工业大学材料与制造学部固体微结构与性能研究所北京100124 浙江大学材料科学与工程学院杭州310058

高熵合金突破了传统合金设计理念的桎梏,具有高强度、高硬度、高耐磨性及抗腐蚀性,是一种具有巨大发展前景的新型金属材料。然而,金属材料的强度与塑性之间存在倒置矛盾关系,高熵合金仍受困于这一难题。因此,设计开发兼具高强度与高塑... 详细信息

高熵合金突破了传统合金设计理念的桎梏,具有高强度、高硬度、高耐磨性及抗腐蚀性,是一种具有巨大发展前景的新型金属材料。然而,金属材料的强度与塑性之间存在倒置矛盾关系,高熵合金仍受困于这一难题。因此,设计开发兼具高强度与高塑性的高熵合金材料已成为目前研究热点与难点。近年来,异构设计理念在传统金属材料强韧化这一问题上得到发展,如何设计异构高熵合金以实现高熵合金强韧化,使合金兼具高强度与高塑性,引起了科研人员的重视。本文从异构显微组织尺度出发,综述了目前存在的异构显微结构设计方法,分析了不同异构组织对其强韧化机制及力学性能的影响,并对未来高强韧高熵合金显微结构设计进行了展望。

关键词：高熵合金异构强韧化力学性能

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高熵合金电解水电极的研究进展

表面技术 2024年第2期53卷 49-59页

作者：邢伯玮张楠楠马婧雯左晓姣于惠舒霍萧冉张啸沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

开发合适的催化材料,制备出高性能、大规模、低成本的催化电极,可减少电解水过程的能量消耗、提升制氢效率。高熵合金由于具有高催化活性,在催化电极应用方面受到广泛关注。综述了应用于电解水过程中析氢反应和析氧反应的高熵合金催化... 详细信息

开发合适的催化材料,制备出高性能、大规模、低成本的催化电极,可减少电解水过程的能量消耗、提升制氢效率。高熵合金由于具有高催化活性,在催化电极应用方面受到广泛关注。综述了应用于电解水过程中析氢反应和析氧反应的高熵合金催化电极的研究进展。首先简述了电解水制氢的工业背景和电化学原理;分析了高熵合金催化活性的来源,即杂化能带结构带来的更为合理的表面吸附能和更多的表面活性位点,以及其特有的高熵效应与“鸡尾酒”效应对整体催化活性的影响;接着讨论了高熵合金的成分设计理念,即通过非贵金属元素的替代来降低成本,同时通过改变合金化元素含量提高高熵合金的内禀活性、增加表面活性位点数量;介绍了第一性原理计算在高熵合金催化机理研究、催化表面吸附能调控、合金成分高通量筛选中的应用;总结了高熵合金平板、多孔、负载纳米颗粒催化电极制备的工艺特点,以及其中的问题与挑战;最后对未来高熵合金电催化电极的发展前景和研究方向进行了展望。

关键词：高熵合金电解水催化电极成分设计第一性原理活性位点

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高熵合金摩擦磨损性能的研究进展

材料工程 2022年第3期50卷 1-17页

作者：于源乔竹辉任海波刘维民中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006

近年来,高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域,具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能;成分和制备工艺的协同调控,能够获得更丰富的组织结构;非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本... 详细信息

近年来,高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域,具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能;成分和制备工艺的协同调控,能够获得更丰富的组织结构;非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本文讨论了耐磨高熵合金的分类,分析了化学活泼金属、软金属、难熔金属的添加对高熵合金抗磨、润滑性能的影响规律;总结了非金属元素和陶瓷相的添加对高熵合金基复合材料摩擦磨损性能的影响;综述了热处理和表面工程技术对高熵合金表面组织结构和摩擦磨损行为的作用;讨论了苛刻工况下抗磨润滑高熵合金的设计方法。对未来高熵合金在摩擦磨损领域的研究和应用进行了展望,高熵合金在解决传统合金的瓶颈问题上具有巨大潜力,如在极端工况下实现稳定润滑抗磨、保证特定功能作用下实现抗磨。

关键词：高熵合金抗磨润滑应用前景

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高熵合金高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型

Acta Mechanica Sinica 2022年第11期38卷 16-25页

作者：王莹莹王俊东雷鸣奇姚尧 School of Mechanics Civil Engineering and ArchitectureNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China School of Civil Engineering Xi’an University of Architecture and TechnologyXi’an710055China

本文建立了高熵合金在高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型.为了模拟微缺陷引起的高熵合金承载力下降的现象,提出一个基于压缩试验数据的唯象损伤演化方程.开发的本构模型被用于模拟AlCrCuFeNi基的多晶高熵合金的应力软化现象,且可以描述... 详细信息

本文建立了高熵合金在高温下耦合损伤的晶体塑性本构模型.为了模拟微缺陷引起的高熵合金承载力下降的现象,提出一个基于压缩试验数据的唯象损伤演化方程.开发的本构模型被用于模拟AlCrCuFeNi基的多晶高熵合金的应力软化现象,且可以描述高熵合金变形的温度和率相关性.将模拟结果与试验数据对比,该模型能够准确描述高熵合金的应力-应变关系.

关键词：高熵合金晶体塑性本构损伤演化方程微缺陷应力软化率相关性本构模型承载力下降

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高熵合金药型罩射流成型与稳定性

力学学报 2022年第8期54卷 2119-2130页

作者：鄢阿敏乔禹戴兰宏中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

近年迅速兴起的多主元高熵合金因其具有很宽的成分-性能调控范围及一系列优异力学性能,有望替代紫铜成为新一代药型罩材料.本文基于CrMnFeCoNi五元高熵合金动态力学性能实验和数值模拟,探索该合金用作药型罩的适用性.基于分离式霍普金... 详细信息

近年迅速兴起的多主元高熵合金因其具有很宽的成分-性能调控范围及一系列优异力学性能,有望替代紫铜成为新一代药型罩材料.本文基于CrMnFeCoNi五元高熵合金动态力学性能实验和数值模拟,探索该合金用作药型罩的适用性.基于分离式霍普金森拉杆和材料试验机研究了高熵合金不同应变率及温度下的力学行为,获得了高熵合金Johnson-Cook热黏塑性动态本构.利用流动速度与临界压垮角关系对凝聚性高熵合金射流形成边界进行界定.结合数值模拟验证了高熵合金射流形成边界的合理性,并进一步揭示了射流高速拉伸断裂演化规律.研究表明:射流断裂时间与材料强度成负相关,材料动态强度增大,将会引起射流断裂时间下降.本工作可为新型高熵合金药型罩结构设计提供参考.

关键词：高熵合金聚能药型罩射流稳定性射流断裂时间