高熵陶瓷耐磨耐蚀一体化涂层发展现状

摘要:工程装备运动部件在腐蚀-摩擦协同作用下易发生加速失效,严重影响设备可靠性和服役寿命。高熵陶瓷凭借其高熵效应赋予的优异化学稳定性、耐蚀性以及高硬度,成为耐磨耐蚀一体化涂层的理想材料体系之一。本文系统综述了高熵陶瓷的内涵、种类、组元设计原则和涂层制备工艺进展。根据非金属元素组成,将高熵陶瓷分为氮化物、氧化物、碳化物和硼化物等体系,详细分析了各类高熵陶瓷的耐磨耐蚀性能特征,展现了高熵陶瓷在耐磨耐蚀一体化涂层的应用方面具有极高的潜力。研究表明,高熵陶瓷的组元配比通过影响混合熵和微观组织结构,进而调控其力学性能与耐蚀行为。当前研究主要采用半经验法和第一性原理计算等方法开展组元设计,通过优化单一金属或非金属元素的组分比例,探索高熵陶瓷涂层的最佳耐蚀耐磨性能。基于现有研究进展,指出高熵陶瓷涂层仍面临耐磨与耐蚀性能难以协同提升,涂层与基体界面结合强度不足等关键科学问题和技术挑战,并且展望了高通量计算与机器学习辅助组元设计,多尺度结构优化等未来发展方向。上述研究成果为高熵陶瓷耐磨耐蚀一体化涂层的开发与应用提供了系统的理论指导和技术参考。

难熔金属表面硅化物涂层的高温防护性能与改性研究进展

摘要:难熔金属及其合金具有高熔点、良好的高温力学性能和室温加工性能等优点,广泛应用于航空航天和核工业领域,但在高温有氧环境中易发生“灾难性”氧化,导致难熔金属及其合金的高温力学性能快速下降甚至失效,因此需要在其表面制备高温防护涂层, 提升其高温抗氧化性能。在适用于难熔金属及其合金的众多高温防护涂层体系中, 硅化物涂层应用最为广泛。概述了难熔金属表面硅化物涂层的制备方法、高温抗氧化性能、抗氧化机理以及失效机制;介绍了元素以及陶瓷颗粒掺杂改性的作用机理。经掺杂改性的硅化物涂层体系具有更为优异的高温防护性能,能够有效提升难熔金属在高温有氧环境中的服役温度和服役寿命;在此基础上,展望了难熔金属表面硅化物涂层的发展方向。

钴基高温合金氧化行为研究进展

摘要:钴基高温合金因其优异的抗热腐蚀性、抗热疲劳性能和焊接性能,在航空航天、能源动力和核工业等领域具有重要应用。然而,高温氧化会导致合金性能退化,成为限制其服役寿命的关键因素。本文综述了钴基高温合金的氧化性能研究进展,重点分析了氧化过程的不同阶段及其机理,探讨了合金元素和温度对氧化层形成及演变的影响,并分析了现有研究的不足与挑战。最后指出新型钴基高温合金成分设计与协同机制优化、氧化层调控与相转变控制以及开展动态环境下的氧化行为研究并结合智能方法加速材料优化是未来的重点研究方向。

高熵合金中的成分非均匀性及其作用

摘要: 高熵合金因其独特的结构特征和优异的力学性能受到了研究人员的广泛关注。最初, 高熵合金被认为是理想的固溶体, 具有完全随机混乱的元素分布。而近期越来越多的研究表明, 高熵合金中广泛存在元素分布的非均匀性, 包括局域的化学短程有序和元素浓度波动, 这里统称为成分非均匀性。了解高熵合金中成分非均匀性的结构细节及其对于力学行为的作用至关重要。近五年, 不少工作对此进行了探究。简要综述了国内外关于高熵合金中成分非均匀性的研究, 基于其对位错滑移的影响总结了相关材料强化机制, 并展望了高熵合金中成分非均匀性的未来研究趋势。

我国锑冶炼技术现状及富氧熔池熔炼研究进展

摘要: 锑是重要的战略金属。我国是世界锑矿储量最丰富、锑产品产量最大的国家,但长期的过度开发导致我国当前锑资源优势明显下滑。围绕我国锑矿资源和行业发展现状,本文系统综述了当前锑冶炼主流生产工艺的技术特点,重点总结了富氧熔池熔炼工艺的研究进展。

钼铼合金在核反应堆中的研究进展

摘要:钼具有良好的抗蠕变性能和与碱金属的相容性,是核反应堆结构材料的候选金属之一,但是由于钼的室温脆性严重限制了其应用。金属钼中加入铼元素,由于“铼效应”的影响提高了钼的再结晶温度,改善了其冷加工性能。其中表现较好的是铼含量为41~47.5 wt.% 和10~15 wt.% 的钼铼合金,具有良好的室温强度和一定的韧塑性。由于铼资源稀缺,如何保障材料性能的同时降低Re含量对钼铼合金发展具有重要意义。阐述了钼铼合金在核反应堆结构材料中的应用以及制备工艺现状,分析了高铼合金和低铼合金的性能优势,最后对钼铼合金还存在的问题进行了总结和展望。

粉末冶金多孔钨的研究现状与发展

摘要:多孔钨是由钨骨架及其内部的高比例孔隙构成,兼具了难熔金属钨和多孔材料的优良特性,因具有优异的耐高温、耐腐蚀、高比表面以及高渗透性等性能而被广泛应用于航空、电子、高温等领域。多孔钨在金属钨本征特性的基础上利用了孔隙的连通、填充、储存和过滤等功能,因此,得到稳定可控的孔隙是制备高性能多孔钨以及进一步拓宽其应用的关键。本文以制备过程中孔隙特性变化为主线,首先阐述了多孔钨孔隙特性在其主要应用中的关键作用,然后从粉末特性、成形方法、烧结工艺等方面对多孔钨孔隙特性的影响进行了总结,最后对多孔钨的研究方向和发展趋势提出了展望。

纳米析出强化高熵合金的研究进展

摘要: 纳米析出强化是提高高熵合金强度的重要方法,理解纳米析出相的形成机理及其对高熵合金力学性能的影响机制,对设计和开发高性能高熵合金具有重要意义。系统综述了纳米析出强化高熵合金的研究进展和未来展望,重点讨论了共格析出、非共格析出和复合析出等不同析出形式对高熵合金力学行为和强韧化机制的影响。共格析出相凭借其与基体良好的晶格匹配性和应力传递能力,在显著强化合金的同时保持了良好的塑性; 非共格析出相可显著增强合金的加工硬化能力,但需要合理调控其形貌、尺寸和分布,并充分利用高熵合金基体优异的塑性和应变硬化能力,也可以实现强韧性的良好匹配; 多种纳米相的复合析出可有效发挥不同析出相的集成优势,为高熵合金的性能优化提供了新思路。需要指出,尽管纳米析出强化高熵合金极具应用前景,但在热稳定性、高温性能和工业化生产成本等方面仍面临挑战,需要进一步深入研究。对纳米析出强化高熵合金的研究现状和关键问题进行了系统归纳,可为今后设计高性能高熵合金提供重要指导依据。

低活化中/高熵合金的研究进展与展望

摘要:核能的发展对解决世界能源问题意义重大,现代核反应堆对核用材料提出了更加严苛的要求,亟需开发具备低活化特性的新型结构材料。中/高熵合金因其低活化、高强度、良好延展性、抗辐照与耐腐蚀等特性,成为有力的候选材料之一。本文围绕具有低活化特性的中/高熵合金,针对合金成分设计与相组成、力学性能与辐照性能开展综述,对低活化中/高熵合金体系研究进展做了全面的总结与展望,指出现有研究中的不足,为低活化中/高熵合金的设计与开发提供思路。

纳米或超细WC-Co粉体制备过程强化研究进展

摘要:【目的】总结纳米或超细碳化钨钴(WC-Co)粉体制备过程的研究,解决WC-Co做为热喷涂原料对机械零件的磨损和腐蚀的影响。【研究现状】 总结纳米或超细WC-Co制备过程强化、反应路径,以及Co对还原碳化过程的作用等;其中机械作用力强化包括球磨强度的影响、氧化钨原料的影响、反应温度的影响,原子或分子水平强化包括气相化学合成、喷雾转化,气相碳质强化反应过程包括烃类物质、一氧化碳;纳米或超细WC-Co制备过程反应路径包括还原过程、碳化过程;对还原碳化过程的作用包括Co对氧化钨还原碳化过程具有催化作用、Co影响WC-Co产物粒径、Co含量增加降低碳化温度、Co促进气态碳源析碳等。【结论与展望】提出WC-Co粉体制备反应路径方面,应深入揭示制备反应路径,应进一步分析缺碳相η物相在制备过程中的作用,对W、Co、C扩散的影响机制;认为模拟分析反应过程中还原碳化气与固体原料之间的热量、质量传递过程,可为制备过程进一步优化调控和反应器放大设计奠定理论基础;同时WC-Co粉体热喷涂性能方面,用于机械件的喷涂处理时,应测试涂层的抗磨损和腐蚀性能,反馈调控优化和制备过程。