铸造技术

高熵合金凝固铸造与成型:多学科视角下的前沿挑战

  • 高熵合金中的化学短程有序

    乔珺威;龙燕;

    高熵合金因其多主元特性突破了传统合金的设计局限,展现出优异的力学性能。近年来研究发现,高熵合金中普遍存在化学有序现象。本文综述了化学短程有序的形成机制、调控手段、表征技术及其对力学性能的影响。发现合金中化学有序的形成受混合焓和原子尺寸等多种因素影响;热处理工艺、掺杂间隙原子以及辐照处理等都能调控合金中的化学有序度;X射线衍射、透射电子显微镜技术以及计算机模拟是表征化学有序的常用方法;合金中的化学有序主要通过影响位错行为和层错能从而影响其力学性能。深入理解化学有序,可为通过成分设计与加工工艺提高高熵合金性能提供重要基础。

    2025年08期 v.46;No.401 731-738页 [查看摘要][在线阅读][下载 630K]
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  • Bridgman定向凝固高熵合金的组织调控与性能研究进展

    张峻浩;蒋建中;张勇;

    高熵合金因其独特的成分设计理念和优异的综合性能,成为材料科学领域的研究热点。Bridgman定向凝固技术作为调控凝固组织与晶体取向的有效手段,在高熵合金的制备与性能优化中展现出巨大潜力。本文综述了Bridgman定向凝固高熵合金领域的最新研究进展,重点阐述了Bridgman工艺参数对高熵合金凝固行为、相选择及微观组织的调控规律与机理,并探讨了通过Bridgman定向凝固获得的特定组织结构与高熵合金性能之间的内在关联机制。最后,总结了当前Bridgman定向凝固高熵合金研究面临的主要挑战,并展望了未来的研究方向。

    2025年08期 v.46;No.401 739-747页 [查看摘要][在线阅读][下载 495K]
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  • 多主元合金的设计、力学性能与耐蚀性研究进展

    李旭;袁嘉驰;鲁凯举;张志彬;梁秀兵;

    多主元合金凭借高混合熵、晶格畸变及多元协同效应,突破了传统单主元合金的设计范式,在强度、塑性与耐蚀性方面展现出独特优势,成为高性能结构材料的重要发展方向。本文系统梳理了多主元合金的分类、成分设计方法、变形行为及强化机制,重点综述了室温塑性提升的主要策略,包括亚稳态结构调控、有序氧复合体强化、异质结构构筑及调幅分解等新兴路径;同时评述了多主元合金耐蚀性研究进展,阐明了合金元素、相结构及钝化膜稳定性之间的复杂耦合关系,提出了制备、组织调控及服役机理等亟需突破的科学问题。

    2025年08期 v.46;No.401 748-764页 [查看摘要][在线阅读][下载 1093K]
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  • 热处理对激光增材制造非等原子FeNiCoAlTaB高熵合金组织性能影响

    孙沁瑶;杜大帆;彭望君;何林;董安平;赵凯;

    非等原子比FeNiCoAlTaB高熵合金(NCATB)因其独特的元素组成展现出良好的工程应用潜力,然而传统加工工艺产生的元素偏析和晶界Ni Al相会损害其强度性能。因此,采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)技术结合低温时效处理,制备兼具强度和塑性的NCATB高熵合金,并系统研究了工艺参数对合金致密度、微观组织、应力状态及力学性能的影响规律。结果表明,适当的激光功率与扫描速度组合可有效减少成形缺陷并提高致密度;快速凝固引入大量位错结构,形成明显的织构与细化组织。通过热处理可促进γ′与B2析出相的形成,协同晶界演化,有效提升材料强度。研究表明,增材制造结合热处理工艺可实现NCATB合金的强塑协同调控,展现出优异的综合力学性能与良好的工程应用潜力。

    2025年08期 v.46;No.401 765-773页 [查看摘要][在线阅读][下载 896K]
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  • 增材制造析出强化型高熵合金非均匀组织、析出行为及力学性能研究进展

    王松宇;吴宜霞;何峰;

    析出强化型高熵合金实现了强度-塑性的良好结合,具有广阔的工程应用前景。增材制造的快速凝固特性在合金中引入了独特的非均匀微观组织特征,而在析出强化型高熵合金中,这些特征组织会显著改变合金的析出行为并最终影响合金的力学性能。综述了增材制造析出强化型高熵合金的4种典型组织特征:异形晶粒形貌、凝固偏析、原位生成第二相和位错网络;重点关注了这些组织对后续热处理过程中析出行为(形核生长及粗化)的影响机制;进一步阐述了该类合金的拉伸性能、强化机理和变形行为,总结了目前的研究进展并展望了未来的研究方向。

    2025年08期 v.46;No.401 774-788页 [查看摘要][在线阅读][下载 803K]
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  • N离子注入强化NiCoCr中熵合金的摩擦学行为研究

    朱瑞;翟海民;李文生;

    为提升铸态等原子比Ni CoCr中熵合金(MEA)的摩擦性能,采用N离子注入方法对Ni CoCr MEA进行表面强化处理,然后利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)技术研究了N离子注入处理对Ni CoCr MEA耐磨擦性能的影响机理。结果表明,氮离子注入使Ni CoCr MEA表面引入Cr N相进而使显微硬度显著提升至373.1 HV_(0.1),达铸态合金的1.69倍。改性的合金耐磨性显著优于铸态,与Zr O_2对磨时磨损体积降至6.79×10~(-2)mm~3。滑动频率对摩擦学行为影响显著,摩擦系数随频率增加呈先升后降趋势,磨损率则呈反向变化规律。此外,磨损机制呈现频率依赖性,低频率(1 Hz)下以氧化磨损与粘着磨损为主,伴随裂纹及塑性变形;而高频率(2~5 Hz)下转为磨粒磨损主导,伴随氧化磨损及轻微塑性变形。

    2025年08期 v.46;No.401 789-799页 [查看摘要][在线阅读][下载 1145K]
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  • 含铜Co0.4FeCrxCu0.3高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损行为研究

    罗一鸣;孙瑞阳;崔学健;牛根成;陈禹;于源;乔竹辉;

    海洋工程用合金材料要求兼具耐磨损与耐腐蚀性能,高熵合金因综合性能优异而具有作为涂层材料的潜力,调控元素分布与相分离能够进一步优化其腐蚀磨损性能。本研究通过激光熔覆技术制备了不同Cr含量的Co_(0.4)FeCr_xCu_(0.3)(x=0.8、0.9、1.0)高熵合金涂层,探讨Cr含量对合金微观结构、耐磨及耐腐蚀性的影响,分析腐蚀与摩擦的相互作用机制。结果表明,随着Cr含量的增加,Cu元素由富Cu相逐渐转变为均匀固溶,Cr的引入促进了Cu的溶解度提升并减少了相分离现象。所有合金均具有FCC和BCC两种晶体结构。Cr含量的增加促进了Cu的溶解并减少了相分离。腐蚀磨损过程中,腐蚀显著加剧了Cr_(0.4)FeCr_(0.9)Cu_(0.3)合金的磨损。计算结果表明,Cr0.8合金在腐蚀磨损作用下的总损失率显著高于纯腐蚀和纯磨损的总和,表明其腐蚀与磨损的协同作用较大。与Cr0.8合金相比,Cr0.9和Cr1.0合金的腐蚀磨损损失率较低,Cr0.9合金能够形成稳定的钝化膜,有效平衡腐蚀与磨损的相互作用。

    2025年08期 v.46;No.401 800-808页 [查看摘要][在线阅读][下载 883K]
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试验研究

  • 固溶温度对GH4169高温合金微观结构与力学性能影响

    刘伟;李科;赵燕茹;朱静;孟庆坤;马瑞亭;

    GH4169是一种广泛应用于航空、核电等重要领域的高温合金,除控制锻造工艺外,通过热处理调整合金微观结构和组织稳定性也是提高其力学性能的重要方式。利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及拉伸试验等方法,研究了GH4169合金经960~1 020℃固溶处理后时效的显微组织演变及室温、650℃拉伸性能的变化规律。结果表明,固溶温度显著影响了合金微观结构,当固溶温度升高到1 000℃后,合金中δ相大量溶解,导致基体晶粒尺寸迅速长大;由于基体中溶质元素的增加,在随后的时效处理中γ′和γ″析出量增加。晶粒尺寸增加对力学性能的降低作用超过了增强相含量增加带来的强化作用,相对于960和980℃固溶后时效的试样,1 000和1 020℃固溶时效的试样在室温和650℃的屈服强度都更低。

    2025年08期 v.46;No.401 809-815页 [查看摘要][在线阅读][下载 535K]
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  • 铝合金压铸用水基脱模剂性能测试研究

    洪富贵;冯佳雄;熊彬;陈思通;吴孟武;

    脱模剂是压铸生产工艺中必不可少的辅助用剂,选用不当会造成压铸件出现表面质量问题和缺陷。因此,在上机使用前,合适的性能测试非常必要。选取生产中常用的两种商用水基脱模剂(A型、B型),研究了脱模剂典型性能指标的测试方法。通过黏度、粒径、热重、气相色谱质谱联用、接触角和表面张力及室温稳定性测试,对两种脱模剂的脱模性、热稳定性、涂附性、室温稳定性进行综合评估分析,结果表明,A型脱模剂较B型脱模剂的热稳定性好、脱模效果好、气体挥发量少、不易产生气泡等。

    2025年08期 v.46;No.401 816-824页 [查看摘要][在线阅读][下载 336K]
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