高熵合金及其他高熵材料研究新进展

高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种高熵材料,在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势,在很多领域具有巨大的应用潜力,已经成为国际材料学术界的重要研究热点之一。本文从高熵材料的设计理念出发,主要综述了高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合物等高熵材料的最新研究进展,总结了不同高熵材料的结构特征、组织性能及强化机制,并对高熵材料的发展趋势进行了展望。高通量计算与制备将成为设计这类多主元材料的重要快捷手段,随着材料的进步,高熵材料成形加工技术必将快速发展以满足其多元化应用需求。     

难熔高熵合金在航空发动机上的应用

航空材料要求具有较高的强度、低的密度、优良的耐腐蚀及抗疲劳等性能,发动机材料更需要耐高温性能。含有高熔点难熔金属元素的高熵合金(high entropy alloys,HEAs)在高温环境下显示出了优异的材料性能。目前,共有120余种难熔高熵(refractory high entropy alloys,RHEAs)被合成,并对其物理和力学特性如密度、拉伸性能、压缩性能、弹性模量和抗氧化性等进行了实验测试。本文对RHEAs和传统典型航空材料的性能参数进行了总结,绘制了高温情况下的密度、屈服强度极限的对比图表,多数RHEAs显示出较高的力学强度和组织稳定性。     

选区激光熔化制备的高熵合金研究进展

作为打破传统单一主元合金设计理念的21世纪新兴的合金材料,高熵合金以其独特的晶体结构特征及性能特点成为材料学术界研究的热点材料之一.而选区激光熔化技术作为增材制造领域能够制造接近全密度的功能部件,具有可行的经济效益并得到了广泛开发和应用,在挖掘新型合金的性能及应用潜力方面有着得天独厚的优势.因此,近两年来利用选区激光熔...     

铝锂合金研究进展及发展趋势

铝锂合金历经三代发展,形成了完善的材料谱系,具有高比强度、高比韧度、高耐损伤的特点,是一种具有替代传统铝合金潜力,高减重效益的轻质合金,被认为是21世纪飞行器和舰船理想的结构材料。本文回顾了铝锂合金的发展历程,介绍了铝锂合金的成分设计思路、主要制备方法、先进应用技术等方面的研究进展,梳理了铝锂合金的发展趋势,指出成本较高是制约铝锂合金进一步大规模应用的主要问题,提出完善铝锂合金产品类型,开展抗疲劳、耐损伤、低密度铝锂合金研制,研究铝锂合金大型零件的整体制造技术,开发开展铝锂合金时效成形技术,激光焊、搅拌摩擦焊等先进连接技术等应用研究方向。     

微纳结构CoCrFeNi基高熵合金粉末冶金制备及强韧化机理研究

针对CoCrFeNi基高熵合金强塑性失配问题,提出了基于高能球磨、放电等离子体烧结和热挤压相结合的粉末冶金制备方法,探究了制备工艺参数对晶粒尺寸、第二相颗粒和孪晶组织演变的影响规律,分别制备出由粗晶、细晶和纳米颗粒构成的多尺度异构CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金,以及包含超细晶、纳米颗粒和纳米孪晶的CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金。拉伸力学性能显示,两种高熵合金屈服强度和断后伸长率分别高达1298 MPa和13%,以及1507MPa和7%,均实现了较好的强塑性均衡。最后,基于对霍尔佩奇系数修订,建立了纳米颗粒增强超细晶CoCrFeNi基高熵合金强化模型,揭示了纳米颗粒与微纳异构组织耦合强韧化机制,以及超细晶、纳米颗粒与纳米孪晶协同强韧化机理,并进一步发现纳米孪晶能够增加高熵合金流变应力,使新的变形孪晶形核,从而诱发多级变形行为。     

低密度铌合金与铌铪合金电子束焊接性能分析北大核心CSCD

低密度铌合金与铌铪合金由于物理性能差异性较大,采用常规电子束方法焊接时,易产生焊接缺陷。为进一步探究低密度铌合金与铌铪合金焊接的可行性,通过数值模拟与工艺试验两种方法对其焊接接头的性能进行了系统研究。首先建立了异种材料有限元模型,对接头的温度场规律进行了分析;然后,采用真空电子束焊接的方法进行试验研究,从宏观形貌、力学性能、微观组织及元素分布等方面分析了接头性能。结果表明:采用电子束偏置铌铪侧焊接的方式,可获得无裂纹、无气孔,具有良好拉伸强度的低密度铌合金与铌铪合金接头。     

先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用

航空产品通常对其重量有严格要求,当前最有效的减重方法是发展低密度材料。介绍低密度、高强度且具有良好损伤容限特性的铝锂合金材料;通过其与常规铝合金、先进复合材料的性能对比和权衡研究,重点分析第三代先进铝锂合金的性能特点及其在民用飞机上的应用;给出铝锂合金国产化应用建议。研究结果可作为民用飞机设计选材和减重优化的参考和借鉴,有助于铝锂合金材料的推广应用。     

高熵陶瓷研究进展

高熵陶瓷是一类新兴的陶瓷材料,因其独特的结构和性能,近年来受到广泛的关注.本文从高熵陶瓷的定义出发,通过概述固相反应法、前驱体热解法以及放电等离子烧结法等高熵陶瓷制备方法,介绍了合成高熵陶瓷的工艺流程;并且详细阐述了近年来高熵氧化物、高熵碳化物、高熵二硼化物等体系的高熵陶瓷的研究成果,对不同体系的高熵陶瓷的特点和应用前...     

一种低偏析低密度镍基合金的性能研究

测试了一种低偏析合金的性能。与Ｋ３合金相比，该合金具有较高的初熔温度、优异的抗冷热疲劳性能和超高温瞬时性能，表现出很好的组织和性能的稳定性及抗氧化、抗热腐蚀性能，而且密度低，是一种性能优良的低偏析低密度导向叶片材料。     

高熵热障涂层陶瓷材料研究进展

随着军事和科技的发展,热障涂层应用技术已成为现代国防尖端技术中最重要的技术之一。而高熵热障涂层陶瓷材料具有高温相稳定性、超低热导率、耐腐蚀性强、热膨胀系数和断裂韧性较高等优点,可为高温合金基底提供良好的热防护,在航空航天、航海和核能等领域有重要的应用前景。对国内外已报道的高熵热障涂层陶瓷候选材料进行系统性分类总结,重点介绍了新型高熵热障涂层陶瓷材料的设计方法、结构类型及其性能特征,为高熵陶瓷在热障涂层材料领域的发展和应用思路。     

激光熔覆沉积成形NbMoTaTi难熔高熵合金的组织与强度研究

通过激光熔覆沉积技术制备应用于航空航天工业的Nb Mo Ta Ti难熔高熵合金材料,通过X射线衍射判断出成形的合金晶体结构为体心立方的单相固溶体结构。高熵合金晶粒尺寸大多在2~12μm之间;平均显微硬度为397.6HV,室温抗压强度为1301.83MPa,1000℃高温抗压强度只达到347.28MPa,其原因可能与激光熔覆沉积成形Nb Mo Ta Ti高熵合金的过程中产生的气孔、未熔化/不完全熔化的Ta粉末粒子和裂纹有关,需进一步研究。     

快速凝固粉末冶金铝锂合金

铝锂合金是一种比强度高、比刚度大的新型轻合金结构材料。它在航空航天技术中具有很大的应用潜力,而快速凝固技术和粉末冶金方法相结合为进一步改善其性能开辟了新的途径。本文综述了近年来有关快速凝固粉末冶金铝锂合金粉末的制备方法、成型固化工艺、合金的成分与性能及其最新发展等几方面的文献资料。     

铸造镁稀土合金研究现状及其在航空发动机领域应用展望

镁稀土合金密度低、比强度与比刚度高、耐热性能好、阻尼减振性优良,将其应用到航空发动机部件能实现装备减重、系统降噪,大幅提升飞行器的载重量和机动性能.首先对铸造镁稀土合金分类进行了介绍,阐述了不同镁稀土合金的强韧化机制;系统总结了镁稀土合金的各类铸造成型工艺并分析了其对合金组织性能的影响;然后归纳了现有航空发动机适航标准...     

Ti元素对激光金属沉积Nb-Mo-Ta-W高熵合金缺陷的影响

采用激光金属沉积工艺对成分重组设计后的Nb-Mo-Ta-W系难熔高熵合金进行成形制备，利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金的相结构、缺陷与微观组织进行了表征分析，并通过多功能力学试验机对两种合金进行室温拉伸性能测试。结果表明：(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金均为单相体心立方结构；Ti元素在Nb-Mo-Ta-W系合金中的晶界处形成了“液态薄膜”，可实现对沿晶裂纹的良好抑制；冶金缺陷的减少以及Ti元素引入的晶格畸变效应，(NbMoTaTi)₉₀W₁₀高熵合金的室温力学性能提升，屈服强度达到1156 MPa。     

2195铝锂合金弧焊技术研究现状

铝锂合金具有密度低、比模量高、比强度高、抗疲劳及腐蚀性能良好等特点,被认为是航空航天领域最有应用前途的结构材料之一.本文回顾了铝锂合金的发展历程,介绍了新一代2195铝锂合金的成分、组织结构及可焊接性,分析其焊接过程出现的主要问题,概述了国内外机构通过优化2195铝锂合金配用焊丝及弧焊工艺,改善接头组织结构及力学性能的...     

铌合金硅化物涂层的制备工艺及改进途径

铌及铌合金以其熔点高、耐腐蚀和良好的高温强度成为重要的高温结构材料,但高温抗氧化性能较差是制约其应用的关键问题。本文论述了铌合金高温抗氧化硅化物涂层的研究进展,并阐述了不同制备方法的硅化物涂层形成机理和相应的抗氧化性能,分析了研究中面临的问题,并提出了解决途径。     

新型轻质隔热、透波Al-B-O 陶瓷的研究进展

Al5BO9、Al4B2O9等Al-B-O体系硼莫来石陶瓷具有低密度、低热导率、宽带隙等优异性能,在飞行器的隔热、透波、热密封等领域具有广泛的应用前景。本文系统介绍了这类新材料的结构、性能和制备方法。在理论计算方面,介绍了基于密度泛函理论的第一性原理计算对Al-B-O体系材料晶体结构、力学和热学性能的预测;实验方面,总结了固相反应、熔盐法、溶胶-凝胶法、热分解法和水热法等制备方法和力学、热学等实验结果,并讨论了该体系化合物的应用现状及未来发展方向。     

喷射沉积高温合金的显微组织及其力学性能

介绍了三种典型高温合金喷射成形坯件的制备工艺,并对其显微组织和力学性能进行了分析和测试。研究表明,喷射成形高温合金坯件整体致密度高,含氧量低,化学成分均匀,组织细小,并具有优异的综合力学性能。     

一种低密度镍基单晶高温合金的组织与性能研究

研究了一种低密度镍基单晶合金的铸态及热处理态微观组织,测试了该合金的拉伸与持久性能,并与DD3合金进行比较.结果表明:合金一次枝晶间距为400μm左右,具有较高的γ/γ'共晶组织百分含量.热处理态合金的残余共晶和粗大初生γ'相百分含量控制在2%以下.合金在760℃拉伸试验时出现强度峰值,之后屈服强度随着温度升高而逐渐降低.合金具备较好的持久性能,其热强曲线与DD3合金相当,说明合金在具备密度和成本优势的同时保证了高温力学性能.     

Nb-Si金属间化合物基超高温合金研究进展

Nb-Si金属间化合物基超高温合金(Nb-Si基合金)具有高熔点、低密度和良好的加工性能,目标使用温度达到1 200~1 400℃,成为用于新一代高推重比航空发动机热端部件最有潜力的候选材料。主要介绍了北京航空航天大学在Nb-Si金属间化合物基超高温合金领域的研究成果,包括合金化、加工制备技术(电弧熔炼、感应熔炼、定向凝固和粉末冶金)、组织控制与性能表征和热防护涂层材料体系设计与制备技术等。发展了Y2O3坩埚真空感应熔炼和Y2O3模壳精密成型顺序凝固技术,成功制备了涡轮叶片模拟件;发展了Al2O3/Y2O3、Y2O3/Y2O3陶瓷坩埚/模壳液态金属冷却定向凝固技术,实现了Nb-Si基合金的定向凝固组织控制和强韧化匹配;发展了热防护涂层材料体系和制备技术,在合金基体和涂层的高温抗氧化方面均取得了较大的进展。