选择性激光熔化制备难熔高熵合金研究进展

摘要:旨在系统梳理选择性激光熔化(SLM)技术在难熔高熵合金(RHEAs)制备领域的研究现状,明确工艺参数-微观结构-性能之间的关联机制。揭示SLM 技术解决传统铸造RHEAs 晶粒粗大、成分偏析等问题的有效性,并探讨其在工程应用中的关键瓶颈与发展前景。研究表明:SLM 技术通过极端非平衡凝固实现了RHEAs 的微观结构创新,其独特的晶粒细化效应和原位纳米强化机制为开发高性能RHEAs 提供了新途径。通过统计分析近年国际权威文献中SLM 制备RHEAs 的工艺参数,系统研究能量密度对难熔高熵合金致密度、缺陷特征及元素分布的影响规律。结合文献中电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等表征,阐明快速凝固条件下亚稳态相形成机制,定量分析晶粒细化与力学性能提升的对应关系。进一步阐明了如NbC、TiC 等纳米析出相通过晶界钉扎效应抑制晶粒粗化及提高材料抗氧化性能的机理。然而,尽管SLM-RHEAs 在复杂构件成形方面展现出显著优势,但残余应力分布不均及成分均匀性控制仍是制约其工业化应用的核心瓶颈。最后展望了其在生物医用植入物和航空航天部件等领域的潜力。

WC含量对激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层组织及耐腐蚀性能的影响

摘要:为了延长脱硫浆液循环泵叶轮的寿命,采用激光熔覆技术在脱硫浆液循环泵叶轮的母材30CrMnSiA钢表面制备了WC增强CoCrFeNiTi-WCx(x=0,5,10,15,20,质量分数,%)高合金涂层,研究了WC含量对涂层的显微组织、力学和耐蚀性能影响。研究发现 CoCrFeNiTi高熵合金涂层相组成为fcc(Fe-Ni)、bcc(Fe-Cr)、Laves(CoTi2)和AB-type(Ti的化合物),随着WC含量增加,Laves相衍射峰强度增强,且生成了新相碳化物(WC、TiC、Cr7C3和Fe3C)。CoCrFeNiTi高合金涂层主要组织为底部的胞状晶和顶部的等轴枝晶,随着WC含量增加,涂层组织主要为等轴枝晶,且晶粒尺寸逐渐细化。WC的加入提高了涂层的性能,其中CoCrFeNiTi-20%WC涂层硬度(HV0.2)最大,为6419MPa,且摩擦系数(0.664)和磨损率(1.3×102μm(s-N)-1)最小,耐磨性能最好,磨损机制主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损。此外,随着WC含量的增加,涂层表现出更低的腐蚀速率和腐蚀电流。其中,CoCrFeNiTi-20%WC涂层腐蚀电流最小,耐腐蚀性能最好。

镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展

摘要:为满足不断攀升的两机涡轮动力系统的快速发展,表面冲击强化技术在涡轮转子用高温合金表面强化的应用及相应机制的研究受到了广泛关注。然而,高温合金表面硬化层在高温服役环境下的回复、再结晶行为难以避免,由此引起的表面强韧化、抗疲劳效果的退化,成为制约表面冲击强化技术在先进高温合金关键部件深入应用的瓶颈。本文总结了近年来镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展,分析了表面冲击强化对镍基高温合金表面强韧性及抗疲劳的作用规律,探究了高温合金表面冲击硬化层在高温及长期时效过程中的显微组织、微结构演化及其对高温稳定性的作用机理。以期为发展镍基高温合金表面冲击强化、提高两机涡轮转子疲劳抗力提供基础。

新型ECAP工艺制备超细晶材料研究进展

摘要:等径角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)因可制备出超细晶材料而受到界内广泛关注。其制备出块体超细晶材料具有优异的力学性能与耐腐蚀性能,目前已在航空航天、生物医疗、机械电子等领域得到率先应用,成为国内外材料学者研究的热点。然而, ECAP技术在发展和应用过程中仍然受到多重限制。对ECAP工艺进行优化与改进已成为发展趋势。初期,诸多学者通过实验研究证明:新型ECAP可达到“一次挤压,多次应变”的效果,晶粒细化更加明显,可制备出力学性能优异的材料。近年相关学者采用有限元模拟方法,探究新型ECAP技术的影响因素,从而对生产进行指导。本文评述了近年来国内外新型ECAP制备超细晶材料相关研究进展,从工艺原理出发,将新型ECAP工艺分为工艺优化与模具改进两大类,重点对7种不同新型ECAP工艺及研究现状进行归纳总结,对不同ECAP工艺后超细晶材料的显微组织、力学性能进行深入分析, 最后对新型ECAP制备超细晶材料过程中存在的问题与今后的研究方向进行总结与展望,以期为开发晶粒细化效果更佳、生产效率更高的剧烈塑性变形技术提供参考。

镍基单晶高温合金的研发进展

摘要:单晶高温合金是先进航空发动机、燃气轮机的核心热端材料,单晶叶片要求高、制造工艺复杂、容错空间小,在高温、复杂应力、氧化和热腐蚀等苛刻环境下工作。本文概述了近几年镍基单晶高温合金在合金研制、组织性能演化和表征、近服役环境下力学行为评价以及叶片制造工艺等方面的研发进展,并简单介绍了难熔高熵合金等“下一代”新型高温结构材料的研发情况。

锆合金表面复合陶瓷涂层的制备与性能表征

摘要:目的解决核反应堆锆合金包壳在高温水蒸气环境下的氧化腐蚀问题,采用原位陶瓷化技术构建复合陶瓷涂层,以提高锆合金的抗高温氧化性、耐水汽腐蚀性能及事故容错能力(ATF)。方法采用微弧氧化(MAO)与大气等离子喷涂(APS)相结合的工艺制备复合陶瓷涂层,并优化MAO 底层膜结构。通过筛选不同微弧氧化电源模式,包括单向脉冲(UP)、双向脉冲(BP)、两步脉冲(TS),调整氧化膜的微观结构和成分。利用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)等表征手段,分析MAO 膜的微观形貌、物相组成及化学成分。同时,通过划痕试验、高温水汽腐蚀试验等测试复合陶瓷涂层的结合强度和抗高温氧化性能,以评估其服役性能。结果采用两步脉冲(TS)模式制备的MAO 底层膜由ZrO2 和Al0.52Zr0.48O1.74 混合相组成,形成了梯度致密结构,显著降低了裂纹密度。基于TS 模式制备的涂层的结合强度达到16 MPa,相较于UP(7 MPa)和BP(4 MPa)模式,分别提高了128%、300%。高温水汽腐蚀测试(1 200 ℃、4 000 s)结果表明,厚度为30 μm 的涂层的氧化增量速率最低,且结构完整,而80μm 的涂层因热应力的累积,出现了剥落现象。结论通过调控微弧氧化过程中的电源模式,可优化MAO 底层膜的结构和性能,实现喷涂沉积层与氧化膜的有效结合,从而在锆合金表面获得结合牢固、结构致密且厚度可控的复合陶瓷涂层,提高了它在核反应堆环境中的服役稳定性。

矿用硬质合金摩擦、腐蚀行为研究进展

摘要:硬质合金是一种包括硬质相(WC)和软粘结相(Fe、Co、Ni、HEA等)的金属陶瓷,其耐摩擦、高硬度、热硬性好等优良特性的组合使得硬质合金被广泛应用于矿山、隧道、钻井等地质工程。由于实际服役环境复杂,矿用硬质合金常面临极端恶劣的工况,存在诸多失效机制,例如摩擦、腐蚀和热冲击等一种甚至几种共同作用都会造成硬质合金材料的失效。因此,了解矿用硬质合金的失效机理,对不同环境下选用和改进硬质合金材料具有重要意义。本文对矿用硬质合金的摩擦、腐蚀行为进行了综述,重点涉及环境和热应力对硬质合金失效的影响,此外,由于成分对硬质合金的微观结构和力学性能具有重要的影响,还综述了粘结相和添加剂的加入对硬质合金摩擦、腐蚀行为的影响。旨在为后续硬质合金的选择、改进和新型硬质合金开发提供参考。

湿法工艺回收钕铁硼废料的研究现状及发展方向

摘要:钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸浸法、沉淀法、溶剂萃取法、碱分解法、离子液体回收法、水解法及微生物分解法等多种方法的原理及优缺点,同时指出了当前研究面临的技术难点,最后提出了未来钕铁硼废料回收利用的主要研究方向,为稀土资源二次利用提供有价值的参考。

自钝化钨合金高温氧化性能研究现状

摘要:钨因具有高熔点、高硬度和优良的抗离子溅射性能,被选为聚变堆面向等离子体第一壁的重要候选材料。但是钨的抗氧化性能较差,严重限制了其工程应用。通过添加钝化元素制备自钝化钨合金,可形成保护性氧化膜改善其抗氧化性能。与纯钨相比,自钝化钨合金的抗氧化性能提高了2~4个数量级。近年来,研究者从成分设计和成分优化对自钝化钨合金开展了大量研究, 取得了丰硕成果。通过添加Si或Cr制备的W-Si或W-Cr二元自钝化钨合金,因可形成SiO2 或Cr2O3 保护膜,其抗氧化性能明显提高。在二元自钝化钨合金基础上,通过添加活性金属元素如Y,Zr改善氧化产物与合金基体的结合力,发展了三元和四元自钝化钨合金,进一步改善了其抗氧化性能。总结归纳了自钝化钨合金的研究进展,从氧化前后显微结构、物相分析、氧化增重等方面论述了其氧化过程及机制。在此基础上,指出了自钝化钨合金面临的问题并对其发展前景进行了展望。

耐腐蚀性化学镀镍基镀层的研究进展

摘要:化学镀镍基镀层因其优异的耐腐蚀性能,在电子信息、能源石化及航空航天等工业领域得到广泛应用。然而,传统二元合金镀层受限于成分单一性,其耐蚀性难以满足复杂工况需求。近年来,通过引入多元合金元素与微纳米颗粒构建新型复合镀层成为重要的研究方向。系统梳理了镍基化学镀复合镀层的耐蚀性优化策略及其防护机制。研究表明,合金元素的引入通过各合金元素间的相互作用细化晶粒尺寸及调控钝化行为来提升耐蚀性;微纳米颗粒则基于孔隙填充效应与腐蚀路径延展机制增强耐腐蚀性能。此外,多元颗粒的协同作用可优化界面结合强度与应力分布等,从而突破单一增强相的性能局限,延长使用寿命。在工艺革新层面,微波退火与超声辅助镀覆通过抑制晶界缺陷形成,提高镀层致密性,而响应面法等数据处理技术为工艺参数精准调控提供了新思路。上述研究进展为耐腐蚀镍基镀层的开发与应用提供了系统的理论支撑。