共晶高熵合金十年发展回顾(2014—2024):设计、制备与应用

摘要:共晶合金是以凝固过程发生共晶反应命名的一类多相合金,具有悠久的历史,是应用最广的铸造合金。高熵合金是多主元的新型合金,自2004 年提出以来取得了迅速发展。共晶高熵合金结合了共晶合金和高熵合金的优点,于2014 年首次公开报道。经历十年发展,共晶高熵合金已经快速经历了成分设计、组织/性能调控、大规模制备与应用几个阶段。共晶高熵合金独特的微观组织特征和优异的综合性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景,成为近年来备受关注的新型合金材料。本文对过去十年共晶高熵合金的成分设计、制备和应用进展进行了回顾,并对未来发展趋势进行了展望。

金基合金电接触材料研究进展

摘要: 金基合金具有导电性能好、 稳定性高等特性, 常用于航空发动机的电接触摩擦副领域, 但金基合金在提高强度的同时, 导电性能下降,如何提高金基合金强度的同时保持较高的导电性, 是需解决的关键问题。研究表明, 实现金基合金的高强高导主要有以下两个途径, 一是采用二次时效增加金基合金第二相析出量, 降低合金内部溶质含量, 减少电子传递的阻碍, 并阻碍位错运动; 二是采用大塑性变形促进孪晶的形成, 孪晶界在阻碍位错运动的同时, 对电子散射影响较小。基于以上两个途径, 本文进一步提出了固溶处理+二次时效+冷变形(SSC)和低温塑性变形(LTPD)的两种工艺, SSC通过促进第二相析出, 减少内部溶质含量, 并采用冷变形引入对导电性影响较小的位错, LTPD通过促进金基合金形成更多孪晶。同时对两种方法进行了文献综述, 为高强高导金基合金的研发提供有益的参考。

高熵合金涂层微观结构与服役性能的研究进展

摘要:金属材料的失效通常源于表面,通过表面强化技术可有效延长金属构件的使用寿命并提升其工作效率。高熵合金涂层凭借其独特的低维形态(如薄膜或纳米颗粒)所引发的尺寸效应,与其多主元特性协同作用,展现出成分均匀、组织致密、结构稳定的显著优势。尺寸效应通过影响涂层的界面应力分布、表面能和缺陷演化,有效提升了涂层的综合性能。本文系统综述了高熵合金涂层的主要制备技术,深入探讨了涂层的组织结构特征和服役性能表现,分析了成分、制备工艺、组织与性能之间的内在关联机理;同时,阐述了数值模拟在涂层制备、微观结构演化及性能表征中的应用价值,并展望了高熵合金涂层在未来研究和工程应用中的发展方向。旨在明确高熵合金涂层的制备路径与性能演化规律,揭示其强化机制及成分、工艺与性能间的关联,探讨数值模拟在涂层设计与优化中的应用,为其工程化应用提供理论支持。

反应堆水化学对锆合金耐腐蚀性能影响研究现状

摘要:锆合金由于其良好的综合性能在压水反应堆燃料包壳领域得到广泛应用,在反应堆运行过程中,高温水腐蚀是导致锆合金包壳失效并决定燃料服役寿命的主要原因。一回路水环境作为锆合金包壳的服役环境,需要起到传递热能、抑制腐蚀产物沉积等作用,水化学的优化是提高反应堆经济性与安全性的重要措施之一。锆合金的耐腐蚀性能受到水化学环境显著影响,本文综述了几种水化学参数对锆合金耐腐蚀性能的影响研究进展,探讨了不同水化学参数对锆合金腐蚀的影响机理,为反应堆水化学改善以及锆合金腐蚀行为研究提供参考,并对未来反应堆水化学以及锆合金材料的研究方向作出展望。

稀散金属镓高纯化及应用的研究进展

摘要: 作为金属镓资源大国, 中国在全球稀散金属产业中扮演着重要角色, 并已具备高纯镓生产能力, 但金属镓的高纯化工艺开发与发达国家间依然存在较大差距, 严重制约了相关战略性新兴产业的发展。目前, 大量的高纯镓及其化合物材料仍需依赖进口, 阻碍了下一代先进材料与器件的自主可控。在世界经济一体化和科技高速发展环境下, 发展新质生产力, 加强科技创新投入, 开发附加值高、 应用领域广的金属镓高纯化技术, 进一步拓展金属镓及其化合物产业链应用, 对提升中国在高端材料产业的国际竞争力尤为重要。本文在概述金属镓研究背景和纯度要求的基础上, 从电解精炼、 真空蒸馏、 结晶提纯及多步联合技术等方面归纳了稀散金属镓的高纯化策略及研究成果, 并对未来高纯镓的发展应用及产业化创新进行了展望。

稀贵金属材料基因工程研究进展

摘要:材料基因工程是一种通过大数据技术、机器学习、数据挖掘等现代信息技术手段,快速处理分析及挖掘应用材料计算、高效实验与表征、生产工艺、服役与失效评价等全部或部分材料数据,从而达到提高新材料研发或改良效率、降低材料研发或改良成本目的的一种新研发模式。近年来,美国等发达国家加快布局材料基因工程计划,并开展了大量的研究工作,推动了材料基因组理念、技术的发展。本文综述了国内外材料基因工程,云南稀贵金属材料基因工程总体建设布局、创新平台建设及配套关键技术研发、新材料研发及工程化应用示范等方面的研究进展,并结合稀贵金属新材料产业创新发展要求,提出了稀贵金属材料基因工程未来重点工作思考。

柔性镍基碳化钨金属布真空钎焊工艺研究

摘要:将NiCrBSi粉末、碳化钨粉末及粘结剂按比例混合后,通过研磨、球磨和辊压制备出柔性镍基碳化钨金属布。柔性金属布被裁剪成适当尺寸,包覆于Q235低碳钢表面,并借助真空钎焊技术制备了镍基碳化钨耐磨涂层。研究了不同碳化钨含量(30%~70%,质量分数)对剪切强度、涂层硬度和耐磨性的影响。结果表明:碳化钨含量从30%提高至70%时,涂层的剪切强度从486.6MPa显著下降至8MPa。由于碳化钨含量为60%和70%的镍基碳化钨涂层与钢基体之间的冶金结合力太低,无实际应用价值,因此分析碳化钨含量从30%提升到50%的镍基碳化钨涂层硬度及耐磨性。碳化钨含量从30%提升到50%时,涂层硬质层的平均硬度从817HV10提高至929HV10,其硬度是基体的6~8倍,这说明碳化钨颗粒作为硬质相能显著提升涂层的硬度。此外,摩擦系数从0.5降低至0.44,摩擦磨损损失量则从0.0052g减少到0.0024g,表明碳化钨的加入有效提高了涂层的耐磨性,它在磨损中起到了显著的支撑和抗磨作用。因此,当碳化钨含量为50%时,涂层的硬度和耐磨性达到最佳,同时剪切强度仍能保持较高水平。本研究结果为耐磨涂层设计的优化和工业应用提供了重要参考依据。

等离子喷涂高熵合金涂层在沙尘环境下的摩擦学性能

摘要: 采用等离子喷涂技术在ZL109 铝合金表面制备了FeCoNiCrAl 高熵合金涂层(HEC);采用X 射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对不同喷涂功率(P = 40、45 和50 kW)制备的FeCoNiCrAl HEC 进行了物相分析和微观形貌表征,并对其摩擦学性能进行了研究。结果表明:随着喷涂功率的增加,涂层的气孔、微裂纹等缺陷逐渐减少,孔隙率由2. 29%降至0. 51%;粉末和涂层均由体心立方(BCC)相组成;当P =50 kW 时,涂层的显微硬度和结合强度最高,分别为434. 4 HV0. 1 和55. 3 MPa;涂层在不同摩擦条件下的磨损机制均为粘着磨损和磨粒磨损,涂层在干摩擦下的摩擦系数大于沙尘环境下的摩擦系数,磨痕深度、磨损体积和磨损率随着沙粒的加入和沙粒粒径的增大而增大。

贵金属高温结构材料的强化及应用

摘要:铂族金属具有高熔点、高温抗氧化性、高的抗腐蚀性能及较高的高温强度等一系列性能特点,作为高温抗氧化耐腐蚀结构材料具有重要应用。基于对50 余篇文献的分析,综述了铂族金属高温结构材料的强化机制及应用研究进展,并对未来铂族金属高温结构的研究方向进行了展望。

高纯锑工业制备技术研究进展

摘要:中国锑储量居世界第一,但出口产品仍以粗锑为主,经国外深加工后的锑产品又返销国内, 造成了巨大的贸易逆差。此外, 高纯锑具有较高的附加价值, 是锑基半导体产业不可缺少的重要原材料,在热电材料、红外成像、高纯合金等领域有所应用,但国产高纯锑原料的替代率严重不足, 导致相关行业存在“卡脖子”问题。因此,金属锑的高纯化研究与开发刻不容缓。为加快金属锑高纯化技术的自主创新,拓宽锑产品产业链并提高其应用附加值,本文概述了高纯金属锑的性质与用途,分析了高纯锑提纯技术的研究成果,详细介绍了高纯金属锑的真空蒸馏、氯化精馏、电解等工业化生产技术,并且对金属锑高纯化技术目前存在的问题以及未来发展的方向进行了总结和展望。