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分级多孔结构CoNiFe中熵合金制备及其电催化性能

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金属功能材料 2025年第1期 19-25页

作者：范小康白硕展赵翠娇戴伟绩马鞍山钢铁股份有限公司江苏科技大学材料科学与工程学院

催化电极材料的多孔结构有助于增大电极与电解质溶液的接触面积，对促进催化反应的传质和反应气体产物快速析出具有重要意义。研究了通过一步溶液燃烧合成（SCS）制备具有分级多孔结构的CoNiFe中熵合金。研究发现，随着溶液燃烧反应中... 详细信息

催化电极材料的多孔结构有助于增大电极与电解质溶液的接触面积，对促进催化反应的传质和反应气体产物快速析出具有重要意义。研究了通过一步溶液燃烧合成（SCS）制备具有分级多孔结构的CoNiFe中熵合金。研究发现，随着溶液燃烧反应中小分子燃料甘氨酸的使用量提高，溶液燃烧合成产物的物相组成逐渐由氧化物与合金的混合物转变成具有面心立方（FCC）结构的CoNiFe中熵合金材料。形貌表征结果表明，溶液燃烧合成制备的产物具有分级多孔结构。电化学测试结果表明，当溶液燃烧反应中甘氨酸使用量φ=1.5时，其产物CoNiFe中熵合金的电催化析氧反应性能最佳。在1 mol·L-1KOH溶液中，催化析氧反应电流密度达到10 mA·cm-2时所需过电位为277 mV,tafel斜率为56 mV·dec-1,同时具有良好的电催化稳定性。

关键词：溶液燃烧合成中熵合金分级多孔电催化析氧反应

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B微合金化对CoNiV中熵合金微观组织和力学性能的影响及其机理

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金属学报 2024年第12期60卷 1647-1655页

作者：南勇关旭闫海乐唐帅贾楠赵骧左良东北大学材料科学与工程学院、材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819

B微合金化可显著改善金属材料的力学性能,但是其对CoNiV合金的影响仍不清楚。本工作系统研究了(CoNiV)100-xBx(x=0、0.1和0.2,原子分数,%)合金静态拉伸力学性能以及形变前后晶体结构、微观组织及微观硬度特征,揭示了微量B元素掺杂对CoNi... 详细信息

B微合金化可显著改善金属材料的力学性能,但是其对CoNiV合金的影响仍不清楚。本工作系统研究了(CoNiV)100-xBx(x=0、0.1和0.2,原子分数,%)合金静态拉伸力学性能以及形变前后晶体结构、微观组织及微观硬度特征,揭示了微量B元素掺杂对CoNiV合金微观组织和力学性能的影响规律及作用机制。结果表明,微量B元素掺杂可以同步提升CoNiV合金的强度和塑性。0.2%B掺杂可使CoNiV合金屈服强度、极限抗拉强度和断裂延伸率分别提升12%、10%和30%。微量B元素掺杂对CoNiV合金的晶体结构、晶粒尺寸与分布、晶体学取向及塑性变形机制影响较小。(CoNiV)99.8B0.2合金室温下晶体结构仍旧为fcc结构,静态拉伸过程塑性变形机制仍为位错滑移,无应力诱发马氏体相变和形变孪生现象。纳米压痕测试结果表明,微量B元素掺杂可显著提升CoNiV合金晶界/孪晶界硬度,证实了B元素在CoNiV合金中的晶界强化作用。晶界/孪晶界强度的提升,一方面可增加位错穿过阻力,另一方面能够增加其阻碍裂纹扩展的能力,这是B掺杂使CoNiV合金强度和塑性同时提升的根源。另外,固溶到基体中的B元素也对位错运动起到一定钉扎作用,有利于合金强度的提升。

关键词：中熵合金 CoNiV B掺杂晶界强化力学性能强韧化

CoCr_(x)Ni中熵合金组织及力学性能研究

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稀有金属材料与工程 2023年第2期52卷 551-558页

作者：舒小勇邱盼盼胡林丽刘日郭峰杨斯蒙俞峰钟荣方江西省金属材料微结构调控重点实验室(南昌航空大学) 江西南昌330063 江西机电职业技术学院机械工程学院江西南昌330013

以等原子比CoCrNi中熵合金为基础,采用真空电弧熔炼炉制备了CoCr_(x)Ni(x=1.0,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,at%)中熵合金,研究了Cr含量对合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:CoCr_(x)Ni(x=1.0,1.5,1.6)中熵合金为单一的面心立方相(fcc);随着Cr元素含量增加,CoCr_(x)Ni(x=1.7,1.8,1.9,2.0)中熵合金的fcc相基体中析出了体心立方相的富Cr条状组织;合金的强度、硬度随着Cr元素含量的增加而不断提高,但塑性恶化;与等原子比CoCrNi中熵合金相比,CoCr1.7Ni中熵合金在保持较高塑性的同时,强度、硬度显著提高。

关键词：中熵合金 CoCr_(x)Ni 微观组织力学性能

CrMoTi中熵合金的性能及其原位合金化增材制造

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金属学报 2022年第8期58卷 1055-1064页

作者：刘广陈鹏姚锡禹陈朴刘星辰刘朝阳严明南方科技大学材料科学与工程系深圳518055 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 School of Metallurgy and Materials University of BirminghamBirmingham B152TTUnited Kingdom 南方科技大学机械与能源工程系深圳518055

以新型模具材料为应用背景,首先从多主元合金设计的角度,预测了CrMoTi中熵合金成分,并在实验中验证了其单相bcc结构。对CrMoTi中熵合金的硬度和热学性能进行了测试。结果表明,电弧熔炼样品在室温下硬度为520.6 HV_(0.3),在600℃时硬度为... 详细信息

以新型模具材料为应用背景,首先从多主元合金设计的角度,预测了CrMoTi中熵合金成分,并在实验中验证了其单相bcc结构。对CrMoTi中熵合金的硬度和热学性能进行了测试。结果表明,电弧熔炼样品在室温下硬度为520.6 HV_(0.3),在600℃时硬度为356.0 HV_(0.3);在室温下比热容为371 J/(kg·K),热导率为14.0 W/(m·K)。随后以金属元素粉为原材料,对比研究了直接激光沉积(DLD)和选区激光熔化(SLM)2种增材制造技术在原位合金化成型CrMoTi中熵合金的加工适性。其中DLD样品在打印态密度最高达7.46 g/cm^(3),硬度达到634.6 HV_(0.3)。SLM的原位合金化加工适性相对较差,样品密度最高为7.27 g/cm^(3),硬度为605.9 HV_(0.3),且在其内部残留有未熔Mo粉。相比较而言,在作为模具的性能方面,CrMoTi合金表现出略优于H13钢的硬度和高温热导率。在原位合金化方面,CrMoTi合金的原料包含了熔沸点差异较大的金属元素,且形成相为硬脆bcc结构相,对增材制造技术而言有较大的加工难度,而DLD技术相对SLM表现出更好的原位合金化加工适性。

关键词：中熵合金增材制造原位合金化直接激光沉积选区激光熔化热学性能

选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能

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材料工程 2024年第1期52卷 211-219页

作者：孙驰汪健贺贺秦冬阳曹远奎付遨刘彬中南大学粉末冶金研究院长沙410083 西北工业大学航空学院西安710072

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有... 详细信息

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^(-1),显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。

关键词：选区激光熔化中熵合金点阵结构力学性能

316L不锈钢表面激光熔化沉积CoCrNiCu中熵合金的界面相容性

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金属学报 2024年第9期60卷 1213-1228页

作者：于云鹤谢勇陈鹏董浩凯侯纪新夏志新苏州大学沙钢钢铁学院苏州215137 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

异种材料界面相容性是制约结合强度的关键因素,然而其内在机制仍待完善。本工作开展了316L不锈钢表面激光熔化沉积CoCrNiCu中熵合金实验,借助SEM、STEM、EBSD、透射Kikuchi衍射(TKD)等手段对异种材料显微组织与界面特征进行表征,测试了... 详细信息

异种材料界面相容性是制约结合强度的关键因素,然而其内在机制仍待完善。本工作开展了316L不锈钢表面激光熔化沉积CoCrNiCu中熵合金实验,借助SEM、STEM、EBSD、透射Kikuchi衍射(TKD)等手段对异种材料显微组织与界面特征进行表征,测试了异种材料界面力学性能,进而通过系统研究界面组织与晶体学相容性提出改善结合强度的方法。结果表明,CoCrNiCu中熵合金与316L不锈钢异种材料界面处形成了CoCrNiCuFe高熵合金全固溶过渡区,异种材料剪切强度可达324 MPa。在C元素界面配分引发奥氏体稳定性降低以及残余应力引发塑性变形的协同作用下,316L不锈钢靠近异种材料界面处的部分奥氏体晶粒发生应变诱导马氏体相变,这在促进相变诱导塑性(TRIP)效应的同时也会导致界面匹配程度降低。因此,对于物性差异较小的异种材料应保持相同晶体结构的单相匹配,通过提高界面晶体学相容性改善界面结合强度;对于物性差异较大的异种材料可借助TRIP效应设计双相结构以提高协调变形能力。

关键词：增材制造激光熔化沉积异种材料界面设计中熵合金不锈钢

CrFeNi中熵合金在宽温域拉伸条件下的力学行为与变形本构方程

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金属学报 2023年第2期59卷 277-288页

作者：王凯晋玺焦志明乔珺威太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

系统地研究了单相fcc结构等原子比CrFeNi中熵合金在应变速率10^(-3)~1800 s^(-1),变形温度77~1073 K的拉伸力学行为。结果表明,在准静态应变速率(10^(-3)s^(-1))下,随着变形温度从1073 K降低到77 K,该合金的屈服应力从125 MPa提高到415 ... 详细信息

系统地研究了单相fcc结构等原子比CrFeNi中熵合金在应变速率10^(-3)~1800 s^(-1),变形温度77~1073 K的拉伸力学行为。结果表明,在准静态应变速率(10^(-3)s^(-1))下,随着变形温度从1073 K降低到77 K,该合金的屈服应力从125 MPa提高到415 MPa,同时均匀延伸率由2%提高到82%。在673 K拉伸时材料表现出反常的均匀延伸率,这与变形过程中发生了动态应变时效相关。在恒定温度77 K下,随着应变速率从10^(-3)s^(-1)提高到1800 s^(-1),合金的强度显著提高,屈服应力从415 MPa提高到595 MPa,同时均匀延伸率保持不变,在1800 s^(-1)应变速率下仍可保持在68%。基于经典的ZA模型,构建了屈服应力-温度/应变速率之间的本构关系,结果表明,ZA模型可以很好地拟合和预测CrFeNi中熵合金在不同温度和应变速率下的屈服应力。基于实验结果,通过回归分析和约束优化建立了2种唯象本构模型(JC模型和KHL模型)和3种基于物理基础的本构模型(PB模型、ZA模型和NNL模型)。对比发现,JC模型和PB模型分别具有最高和最低的描述准确性。

关键词：中熵合金力学行为高应变速率高/低温本构模型

Cu含量对铁基中熵合金耐腐蚀及抗菌性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1817-1825页

作者：赵燕春宋海转马虎文胡若楠冯力段望春 Liaw Peter K 兰州理工大学省部共建有色金属加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院浙江温州325105 兰州资源环境职业技术大学甘肃兰州730123 田纳西大学材料系美国诺克斯维尔TN 37996

采用水冷铜坩埚磁悬浮真空熔炼炉制备了(Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8))_(99.5-x)Cu_(x)Ag_(0.5)(x=1,2,3,4,5,at%)合金,并对合金试样进行抗菌时效处理,研究Cu含量对合金耐腐蚀性能以及抗菌性能的影响。结果表明,经过固溶时效处理后的中熵合金均为fcc结构,随着Cu含量的提高,fcc1富铁基体上逐渐析出了富Cu和富Ag的fcc2相。合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐腐蚀性能优于AISI304。随Cu含量的增加,腐蚀电流密度先减小而后增加,容抗弧半径先增大后减小,表明合金的耐腐蚀性能先增强后减弱。合金在大肠杆菌悬浮液中的腐蚀速率呈现出先增大后减小的趋势,x=2合金的耐生物腐蚀能力最优,而抗菌性能和腐蚀性能存在倒置关系。富Cu和富Ag的fcc2相能有效提升合金的抗菌性能,x=5合金的抗菌性能最优,抗菌率达到99.94%.

关键词：中熵合金微观组织腐蚀性能抗菌性能

AgAuPd中熵合金力学、热力学和电学性质的第一性原理研究

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稀有金属材料与工程 2022年第12期51卷 4533-4541页

作者：张顺猛熊凯靳诚臣孙泽鹏李伟毛勇云南大学材料与能源学院材料基因工程研究中心云南昆明650500

在微电子封装领域,键合Ag线具有较好的电学性能优势被广泛应用,但纯银线因存在强度低、高温易失效等缺点不能满足大功率器件的使用,因此本工作拟通过设计等原子比AgAuPd中熵合金作为替代纯Ag线的新型键合材料。通过SQS模型构建了等原子... 详细信息

在微电子封装领域,键合Ag线具有较好的电学性能优势被广泛应用,但纯银线因存在强度低、高温易失效等缺点不能满足大功率器件的使用,因此本工作拟通过设计等原子比AgAuPd中熵合金作为替代纯Ag线的新型键合材料。通过SQS模型构建了等原子比AgAuPd中熵合金晶体模型,利用第一性原理计算了AgAuPd中熵合金在不同压力下的弹性性质(弹性常数、弹性模量、剪切模量)、热力学性质和电子结构。预测出AgAuPd中熵合金随压力的增加具有较好的结构稳定性、良好的塑性和优良的导电性,具有成为键合材料的潜力。利用第一性原理计算AgAuPd中熵合金加压下的力学、热力学和电学性质,对开发新型键合Ag基丝具有一定的理论指导意义。

关键词：中熵合金第一性原理弹性性质 SQS建模