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Journal of Materials Science & Technology 2022年第16期111卷 245-255页

作者： Pengsheng Xue Lida Zhu Jinsheng Ning Peihua Xu Shuhao Wang Zhichao Yang Yuan Ren Guiru Meng School of Mechanical Engineering and Automation Northeastern UniversityShenyang 110819China State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials School of Materials Science and EngineeringXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China

Laser remelting(LR)has attracted widespread attention in recent years as an effective method to reduce internal defects and improve the surface quality of additively manufactured(AM)*** the present study,three different LR inter-layer scanning strategies(LR0,LR90 and LR45)and their effects on the porosity,microstructure,crystallographic texture and related mechanical properties of parts have been *** microscope,X-ray diffraction,and scanning electron microscope were used as characterization *** the LR90 sample,it shows obvious{111}texture and strongpreferred orientation along the scanning direction(SD),while the 0°offset and the 45°rotation of LR scanning strategy form a finer microstructure and weak crystallographic ***,the mechanical properties of the LR sample are improved compared with the sample only by laser metal deposition(LMD),and a combination of higher strength and optimal uniform elongation is obtained in the LR45 *** overall results show that a reasonable LR scanning strategy can reduce the anisotropy of AM parts and improve their mechanical properties.

关键词： crconi Laser remelting Porosity Crystallographic orientation Mechanical properties

Origin of the high propensity for nanoscale deformation twins in crconi medium-entropy alloy

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Journal of Materials Science & Technology 2024年第16期183卷 63-71页

作者： Nan-Jun Liu Zhang-Jie Wang Jun Ding Mark Asta Robert O.Ritchie Bin Gan Evan Ma Zhi-Wei Shan Center for Advancing Materials Performance from the Nanoscale(CAMP-Nano) State Key Laboratory for Mechanical Behavior of MaterialsXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Center for Alloy Innovation and Design(CAID) State Key Laboratory for Mechanical Behavior of MaterialsXi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Materials Sciences Division Lawrence Berkeley National LaboratoryBerkeleyCA 94720United States Department of Materials Science&Engineering University of CaliforniaBerkeleyCA 94720United States Beijing Key Laboratory of Advanced High Temperature Materials Central Iron and Steel Research InstituteBeijing 100081China

Single-phase face-centered cubic(fcc)high/medium-entropy alloys(H/MEAs)exhibit a much higher tendency to form nanoscale deformation twins than conventional fcc metals with similar low stacking fault energies(SFEs).This extraordinary propensity for nanotwin formation in H/MEAs cannot therefore be ex-plained by their low SFEs ***,using in situ compression tests of crconi in comparison with Ag nanopillars inside a transmission electron microscope,we found that in the crconi MEA,a high density of nanoscale twins continuously formed with an average thickness of 4.6 *** contrast,for similar experiments on Ag with almost identical SFE,following the nucleation of a few twins,they could further thicken to above one hundred nanometers by twin boundary *** dynamics calculations indicated that in the highly-concentrated crconi solid solution,the magnitude of the energy barriers for nucleating a stacking fault as a twin precursor in the pristine lattice and for the thickening of an existing twin both span a wide range and largely overlap with each ***,twin thickening through successive addition of atomic layers is prone to discontinuation,giving way to the nucleation of new twins at other sites where a lower energy barrier is encountered for partial-dislocation mediated fault formation.

关键词： High-entropy alloys crconi Nanotwins Twin nucleation

Ultra-strong and thermally stable nanocrystalline crconi alloy

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Journal of Materials Science & Technology 2022年第11期106卷 1-9页

作者： Peng Gao Shuo Sun Heng Li Ranming Niu Shuang Han Hongxiang Zong Hao Wang Jianshe Lian Xiaozhou Liao School of Aerospace Mechanical&Mechatronic EngineeringThe University of SydneySydneyNSW 2006Australia Key Laboratory of Automobile Materials Ministry of EducationCollege of Materials Science and EngineeringJilin UniversityChangchun 130025China State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China

Grain refinement to the nanocrystalline regime is the most effective way to strengthen materials but this often deteriorates the grain-size thermal stability and plasticity. Here we manufactured a nanocrystalline face centred cubic Cr Co Ni medium entropy alloy with columnar grains via magnetron sputtering. Compression of crconi pillars with diameters of ~1 μm revealed a record high yield strength of ~5 GPa for pillars with face centred cubic structures and engineering plastic strain of > 30%. The alloy possessed an outstanding grain-size thermal stability even at 1073 K. Both nanocrystalline grain size and a high density of nanotwins/stacking faults are critical to the exceptional yield strength. Deformation twinning, grains refinement during deformation, grain boundary sliding and random grain orientation all contribute to the large plasticity. The outstanding thermal stability is attributed to the sluggish diffusion effect and the low energy of twin boundaries.

关键词： Medium entropy alloy crconi Nanocrystalline In-situ microscopy Mechanical properties Thermal stability

Superb cryogenic strength of equiatomic crconi derived from gradient hierarchical microstructure

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Journal of Materials Science & Technology 2019年第6期35卷 957-961页

作者： Bin Gan Jeffrey M. Wheeler Zhongnan Bi Lin Liu Jun Zhang Hengzhi Fu School of Materials Science and Engineering Northwestern Polytechnical University Xi'an 710072 China Laboratory for Nanometallurgy Department of Materials Science ETH Zurich Vladimir-Prelog-Weg 5 Zurich CH-8093 Switzerland Central Iron and Steel Research Institute No. 76 Xueyuannan Road Beijing 100081 China

This work demonstrates the effectiveness of a cryogenic torsional pre-straining for significantly improving the cryogenic strength of an equiatomic crconi alloy. The origin of this phenomenon is elucidated by various microstructural characterization tools, which shows that the sequential torsion and tension tests lead to the observed hierarchical microstructure through the activation of different twinning systems and stacking faults. This gives rise to the significant increase in the yield strength from 600 MPa to 1215 MPa,while the fracture strain changes from 68% to 48%. The current study reveals that the incorporation of nanotwins architecture by shear deformation may constitute a viable strategy to tune the mechanical performance and, in particular, to dramatically increase the strength while keeping a good ductility.

关键词： Medium entropy alloy crconi Torsion Hierarchical microstructure Strengthening

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crconi基多主元合金研究进展

中国材料进展 2021年第4期40卷 241-250页

作者：潘云炜董安平杜大帆周阳何林李仲杰汪东红疏达祝国梁孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

总结了近期引起国内外众多学者关注的crconi基多主元合金的研究现状。首先简要地介绍了crconi基合金的发展历史,详细分析了该合金的变形机理,其中包括变形孪晶的形成原因及其对合金性能产生的影响。其次介绍了包括冷轧、热轧和增材制造... 详细信息

总结了近期引起国内外众多学者关注的crconi基多主元合金的研究现状。首先简要地介绍了crconi基合金的发展历史,详细分析了该合金的变形机理,其中包括变形孪晶的形成原因及其对合金性能产生的影响。其次介绍了包括冷轧、热轧和增材制造在内的多种加工工艺对该合金显微组织及力学性能的影响。目前制备crconi合金应用最广泛的方法是“铸造-冷轧-热处理”。但是有学者研究发现,通过增材制造制备的crconi合金,其强度在不经过任何打印后热处理就与传统冷轧+热处理方式制备的合金相当,说明crconi合金是一种非常适合于增材制造加工的合金。随后,分类讨论了多种合金元素对crconi基多主元合金显微组织、相稳定性和力学性能的影响。其中Al和Ti的复合添加使面心立方(FCC)基体上析出了γ′相,对crconi合金的强化效果最为显著,明显改善了合金的力学性能。最后,提出了crconi基多主元合金的后续研究方向及其潜在应用背景。

关键词：多主元合金 crconi 合金元素增材制造力学性能变形孪晶

冷坩埚磁悬浮熔炼crconi中熵合金的组织与性能

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材料科学与工程学报 2020年第4期38卷 664-668页

作者：邓景泉孟亚兴郭勇滁州学院机械工程系安徽滁州239000 滁州现代模具制造有限公司安徽滁州239005

采用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备等原子比crconi中熵合金。采用金相(OM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等技术手段表征合金的微观组织结构和相组成,测定其维氏硬度(HV)及不同温度下的压缩强度。结果表明:OM观察显示合金表层为细晶区,晶... 详细信息

采用冷坩埚磁悬浮熔炼方法制备等原子比crconi中熵合金。采用金相(OM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等技术手段表征合金的微观组织结构和相组成,测定其维氏硬度(HV)及不同温度下的压缩强度。结果表明:OM观察显示合金表层为细晶区,晶粒大小约为150μm,中部是定向凝固的纤维组织,心部为树枝状晶区,大小约200μm;EDS检测表明在微米范围成分基本均匀,XRD分析表明合金主要是单一FCC相,其中(311)晶面衍射强度明显增强;合金硬度平均约为299 HV;合金的压缩强度随温度的升高而降低,350℃、600℃、700℃时合金的压缩强度分别约为700 MPa、400 MPa、300 MPa。

关键词：中熵合金 crconi 冷坩埚磁悬浮熔炼组织与性能

crconi中熵合金表面激光熔覆crconi基复合涂层及组织性能研究

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CrCoNi中熵合金表面激光熔覆CrCoNi基复合涂层及组织性能研究

作者：刘欣雨重庆理工大学

学位级别：硕士

高熵合金因具有独特设计理念、特殊微观结构和优异力学性能,在近年内引起了学者们的广泛关注。随着对高熵合金研究的推进,研究人员进一步开发出了中熵合金。最新的研究指出,同样的制备条件下,部分中熵合金具有比高熵合金更优异的综合力... 详细信息

高熵合金因具有独特设计理念、特殊微观结构和优异力学性能,在近年内引起了学者们的广泛关注。随着对高熵合金研究的推进,研究人员进一步开发出了中熵合金。最新的研究指出,同样的制备条件下,部分中熵合金具有比高熵合金更优异的综合力学性能。其中,crconi中熵合金因具有稳定的FCC单相结构及极好的低温拉伸性能,已成为最引人注目的新型材料之一,并有望代替传统合金材料在航空航天、能源运输和储存等领域得到广泛应用。然而,采用真空熔炼方法制备的crconi中熵合金通常表面硬度较低、耐磨损性能较差,从而被限制了应用推广。激光熔覆技术因具有加工灵活、生产效率高、涂层与基体冶金结合良好等优势,被认为是当前最适合制备低成本高性能高熵合金或中熵合金涂层的方法。因此,本文尝试采用Nd:YAG固体脉冲激光器在crconi中熵合金表面进行激光熔覆crconi基复合涂层,并探究了激光熔覆对涂层组织及性能的影响。具体内容如下:（1）首先采用激光熔覆技术在crconi表面成功制备了三种中熵合金涂层,分别为crconi、crconi-Ti和crconi-Al涂层。研究结果表明,crconi涂层主要由具有典型外延生长特征的柱状晶（FCC结构）组成;crconi-Ti涂层的组织具有等轴晶形貌（FCC结构）,晶内出现了高密度的亚结构;crconi-Al涂层主要由具有等轴晶和柱状晶交替分布的层状结构组成,主要为BCC相（也存在少量FCC相）。硬度测试显示,crconi、crconi-Ti和crconi-Al涂层的硬度相较于基体硬度（254.9±5.7 HV）分别提升了7.3%、77.4%、209.6%。摩擦磨损实验表明,相较于基体(3.1×10 mm N m),crconi涂层的磨损率未有降低,但crconi-Ti和crconi-Al涂层的磨损率则分别降低了14.1%和39.7%。对磨损表面的分析显示,基体与涂层的磨损机理均为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。综合分析发现,crconi-Ti和crconi-Al涂层的硬度与耐磨性的提升,可归因于添加Ti和Al后产生的固溶强化、第二相强化、晶界强化和非均匀变形诱导强化的共同作用。（2）同样采用激光熔覆技术在crconi表面成功制备了两种中熵合金基陶瓷复合涂层,分别为crconi-Ti C和crconi-Ti B涂层,研究发现,基体、crconi-Ti C涂层和crconi-Ti B涂层均为FCC单相结构。两种涂层中晶粒多为柱状晶,平均晶粒尺寸较基体未有明显细化。但两种涂层的KAM值较基体均显著增大。硬度结果显示,crconi-Ti C涂层硬度约为426.5 HV;crconi-Ti B涂层硬度约为543.8 HV。两种涂层硬度较基体（254.9±5.7 HV）分别提升约67.3%、113.3%。摩擦磨损实验结果表明,两种涂层磨损率较基体(8.6×10 mm N m)分别降低约54.7%和76.7%。crconi-Ti C涂层表面粘着磨损现象显著,crconi-Ti B涂层表面磨粒磨损显著,但两者耐磨性较基体均得到提升。另外,两种涂层中出现了大量第二相颗粒,其中,crconi-Ti C涂层具有黑色等轴状的Ti C颗粒,其亚结构间还存在CrC颗粒（位于亚晶间）;crconi-Ti B涂层具有黑色等轴状Ti B颗粒（具有聚集趋势）,其亚结构间还存在CrO颗粒（位于亚晶间）,这些第二相将产生第二相强化,同时还有固溶强化、晶界强化协同作用,共同促进两种涂层的硬度和耐磨损性能提升。（3）综合前两部分的探索结果,采用激光熔覆技术在crconi表面成功制备了两种含铝的中熵合金基陶瓷复合涂层,分别为crconi Al-Ti C和crconi Al-Ti B涂层。研究发现,基体、crconi Al-Ti C涂层和crconi Al-Ti B涂层均为FCC+BCC双相结构。两种涂层均以等轴晶为主,平均晶粒尺寸较基体得到显著细化。并且两种涂层的KAM值较基体均有显著增大。硬度结果显示,crconi Al-Ti C涂层硬度约524.9HV;crconi Al-Ti B涂层硬度约555.0 HV,两种涂层硬度较基体（254.9±5.7 HV）分别提升约105.9%、117.7%。摩擦磨损实验结果表明,两种涂层磨损率较基体(7.5×10 mm N m)分别降低约88.0%和69.3%。两者耐磨性较基体均得到明显提升,其中crconi Al-Ti C涂层耐磨损性能最佳。两种涂层的平均晶粒尺寸较基体显著细化,产生显著的细晶强化效果。同时,两种涂层中均出现了大量第二相颗粒,其中,crconi Al-Ti C涂层具有AlNi颗粒（心部为Ti C颗粒）和Ti C颗粒（心部为AlO颗粒）,再者,其亚结构间还存在CrO颗粒（位于亚晶间）,这些第二相颗粒将产生第二相

关键词： crconi 中熵合金激光熔覆复合涂层耐磨性

扭转变形对(crconi)97Al1.5Ti1.5中熵合金微观组织和力学性能的影响

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扭转变形对(CrCoNi)97Al1.5Ti1.5中熵合金微观组织和力学性能的影...

作者：赵迎龙西南大学

学位级别：硕士

高熵合金及其衍生物中熵合金具有诸多优异理化及力学性能,且合金设计理念独特,近十几年来倍受国内外研究者广泛关注。由于优异的强度和塑性匹配、高硬度、耐磨性以及良好的耐腐蚀性能,中/高熵合金被认为是具有优异综合性能的理想结构材... 详细信息

高熵合金及其衍生物中熵合金具有诸多优异理化及力学性能,且合金设计理念独特,近十几年来倍受国内外研究者广泛关注。由于优异的强度和塑性匹配、高硬度、耐磨性以及良好的耐腐蚀性能,中/高熵合金被认为是具有优异综合性能的理想结构材料。为了实现中熵合金性能-收益最大化,有必要优化调整元素配比,开发加工工艺,调控微观组织提升材料强韧性等综合力学性能,从而能够使其在航空航天、核工业等高科技领域中得到工程化应用。冷塑性变形被认为是提升金属材料力学性能的重要方法,但塑性变形提升强度硬度的同时往往会引入大量位错、孪晶、晶界等晶体缺陷而降低材料塑性。扭转变形作为一种塑性变形方式,可以向金属材料内部引入梯度分布的晶体缺陷(包括梯度位错、梯度孪晶等)从而制备大体积“外强内塑”的梯度材料,能够克服金属材料“强度-塑性”不匹配的难题,同时提升材料的强度和塑性,近年来受到广泛关注。目前,扭转变形对中熵合金的强化作用以及强化机理尚不明确,扭转时温度对其组织和性能的影响也不清楚。为了澄清以上问题,本研究以含有大量退火孪晶的锻造态(crconi)AlTi(原子百分比,下同)中熵合金棒为研究对象,分别在室温下制备了扭转360°(记为PT360)、720°(记为PT720)和扭断的试样以及在液氮温度下制备了扭转360°(记为PT360@LN)、720°(记为PT720@LN)和扭断的试样,系统研究了该合金在室温和液氮温度下扭转变形行为、微观组织特征以及扭转变形后的拉伸力学行为,得到的主要结论如下:室温扭转变形加工可以制备梯度中熵合金材料。研究表明,室温扭转过程中试样以位错滑移为主要变形方式。该过程沿着半径方向试样中引入了梯度尺寸晶粒、梯度位错和反梯度孪晶等微观结构;并且,随着扭转角度的增加,梯度现象更显著。同时,扭转后试样中孪晶含量下降和位错密度急剧增大的协同作用使得试样的显微硬度从心部到表层呈梯度增大分布。此外,由于扭转过程中位错含量的增加导致试样应变硬化能力下降,材料塑性略微降低,但由于梯度晶粒和梯度缺陷的引入,材料的强度大幅度上升;其中,扭转了360°的试样在延伸率下降25%的同时屈服强度提升了88%。对比室温和液氮温度下的扭转试样,发现液氮温度下扭转破断角度更小,但破断扭矩更大。结果表明,液氮温度扭转变形加工同样可以制备梯度中熵合金材料;且液氮温度下扭转720°时,试样虽然仍以位错滑移为主导,但有少量孪生现象存在。和室温相比,液氮温度扭转的样品表层晶粒旋转和细化更加明显,同时,晶粒中大角度晶界和孪晶界的相对含量也更高。也就是说,在液氮温度下的扭转更容易引入梯度结构。显微硬度实验表明,试样PT360@LN比试样PT360具有更显著的梯度分布;而拉伸实验表明,液氮温度下加工的扭转试样中含量更高的孪晶和位错使得材料的屈服强度有所提高。总体研究结果表明,在扭转过程中存在表层孪晶减少现象,并且随着变形量的增加,表层孪晶含量降低地越显著。分析认为,孪晶的减少与消失和Al和Ti的添加、孪生的临界切应力以及扭转变形的独特应变状态有关。扭转变形加工后,(crconi)AlTi合金的显微硬度由内到外呈梯度分布,表层硬度显著高于内部,这与扭转变形导致的梯度晶体缺陷分布有关;扭转变形后,整体屈服强度显著提高,但塑性有所降低。

关键词：中熵合金 crconi 扭转变形梯度结构强韧化

激光熔覆crconi中熵合金涂层的制备工艺与性能研究

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激光熔覆CrCoNi中熵合金涂层的制备工艺与性能研究

作者：张玥上海交通大学

学位级别：硕士

多组元合金是冶金学研究中的一种新型合金设计理念,它突破了传统合金设计理念对合金体系种类的限制,为设计具有优异性能的新型材料提供了广阔的发展空间,因此引起了科学界的广泛关注。其中,crconi中熵合金是crconi Fe Mn合金体系衍生的... 详细信息

多组元合金是冶金学研究中的一种新型合金设计理念,它突破了传统合金设计理念对合金体系种类的限制,为设计具有优异性能的新型材料提供了广阔的发展空间,因此引起了科学界的广泛关注。其中,crconi中熵合金是crconi Fe Mn合金体系衍生的新型合金,因其具有目前已知最优异的低温断裂韧性而成为当今最引人注目的新型低温材料之一。然而,目前对它的研究多使用块体材料,制备方法局限于铸造和烧结,使得它的应用受到限制。激光熔覆技术作为一种新型表面修复改性技术,可有效抑制多组元合金中的相偏析,使得组织均匀致密,同时基材的稀释率低、熔覆层与基板的冶金结合良好,是在降低成本的条件下应用多组元合金优良性能的有效手段,具有十分广阔的应用前景。本文采用crconi中熵合金作为研究对象,低温钢9Ni钢作为基板,采用同轴送粉的激光熔覆工艺制备出等原子比的crconi中熵合金熔覆层,并使用正交法对工艺参数进行了优化。通过对其微观形貌及组织观察可知,熔覆层和基板结合良好,表面平整,成型良好,稀释率较小。熔覆层的微观结构为FCC单相,主要为柱状晶组织,稀释率小,无明显的成分偏析。耐腐蚀性能方面,通过对其在3.5wt.%的Na Cl溶液和0.5mol/L的HSO溶液两种测试环境下进行腐蚀的电化学行为及成分分析可知,crconi中熵合金熔覆层在两种测试环境中均具有良好的抗腐蚀性能,主要腐蚀形式均为局部腐蚀,而对点蚀起到主要保护作用的元素均为Cr元素。全面腐蚀方面,在3.5wt.%的Na Cl溶液中钝化膜主要成分为Cr(OH),且稳定性受Cl的影响很大,在0.5mol/L的HSO溶液中熔覆层的抗腐蚀性能十分优异,腐蚀电位为正,且在低电势呈现出电介质行为,这表明它很难在硫酸溶液中发生腐蚀。力学性能方面,去应力退火能有效提高熔覆层的显微硬度,热处理后的显微硬度范围大致在240-280HV之间。拉伸性能测试方面,由于激光熔覆过程中快速冷却引入了位错以及孪晶等变形,常温下熔覆层的拉伸性能可与比自身小一个晶粒度的完全重结晶的铸造样品的拉伸性能相比较,低温下则由于熔覆层晶粒度较大,性能提升相对不明显。冲击性能方面,熔覆层的冲击功随温度的降低而提高,无韧脆转变现象发生。

关键词：激光熔覆 crconi 中熵合金腐蚀性能力学性能

基于双面梯度结构的crconi中熵合金的制备与性能研究

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山西冶金 2023年第12期46卷 3-5页

作者：田学锋冯晓杰徐创广东松山职业技术学院机械工程学院广东韶关512126

中熵合金是一种晶格相对简单、强度和塑性双高、在低温时亦具备良好断裂韧度的合金材料。在多种候选合金材料中,crconi中熵合金具有优异的拉伸和断裂韧性。此次试验拟在crconi中熵合金基体表面采用滑磨工艺加工出具有双重梯度组织的CrC... 详细信息

中熵合金是一种晶格相对简单、强度和塑性双高、在低温时亦具备良好断裂韧度的合金材料。在多种候选合金材料中,crconi中熵合金具有优异的拉伸和断裂韧性。此次试验拟在crconi中熵合金基体表面采用滑磨工艺加工出具有双重梯度组织的crconi中熵合金板,并对其成形机制及相关力学性能进行深入分析。结果表明:在相同退火温度下,crconi中熵合金的硬度(HV)均值达到218;在经表面摩擦变形后,横断面的硬度呈现出一种渐变的趋势,其表面的微观硬化值(HV)最大达到409,而在距试样表面大约1mm的位置,其微观硬化值接近于均匀的退火状态;该材料硬度呈现梯形分布,即内部硬度低、表面硬度高的特点。

关键词：梯度结构 crconi 中熵合金拉伸硬度