一、Cu-Fe合金内硼化的热力学分析(论文文献综述)
武赟华[1](2021)在《硼化Al0.1CoCrFeNi高熵合金微观结构和摩擦学性能的研究》文中研究指明高熵合金一般是指含有5种或5种以上主要元素,且各主要元素按照等原子比或近等原子比所组成的合金。高熵合金因其具有独特的组织结构和优异的性能受到了人们的广泛关注,其中,高熵合金摩擦学行为的研究也一直是热门课题。然而,目前关于高熵合金摩擦学行为的研究大多局限于常温干滑的环境下,而在其他条件下的摩擦学性能研究还较为罕见,例如不同液态、高温环境等。众所周知,具有单相面心立方结构(FCC)的高熵合金展现出了优异的塑性。然而,由于其室温强度和硬度有限,导致其耐磨性较低,阻碍了其在摩擦学和工程上的应用。因此,本文试图采用一种传统的固体包覆渗硼处理来改善其硬度和耐磨性。本研究选用具有FCC结构的Al0.1CoCrFeNi高熵合金作为研究对象,主要探究在不同条件下,Al0.1CoCrFeNi高熵合金渗硼前后的组织形貌以及室温和高温摩擦学行为。本实验中使用的高熵合金由WK型钨极非自耗真空电弧炉熔炼,采用固体粉末包覆渗硼技术对高熵合金进行表面渗硼处理。采用MFT-R4000型往复式摩擦磨损实验机研究了渗硼不同时间合金在干燥和去离子水环境下的摩擦学行为。通过HT-4001型球盘式高温摩擦磨损试验机对不同温度下(室温、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃和600℃)渗硼前后高熵合金的高温摩擦学行为进行了研究。此外,本实验使用OM、XRD、SEM、EDS、XPS、AFM和维氏硬度等对高熵合金硼化层的组织和性能进行了研究。研究结果表明:(1)退火态Al0.1CoCrFeNi高熵合金由单相FCC结构组成,呈等轴晶结构。合金硼化层的厚度由渗硼2 h的17.3μm增加到渗硼8 h的57.9μm。渗硼层具有明显的分层结构,表面硼化物层主要由(Co,Fe)B,Cr B和Ni B等相组成,内部扩散层主要由(Co,Fe,Ni)2B,Cr B,Cr2B等相组成。合金表面的硬度随渗硼时间延长而提升,由退火合金的201HV提高到渗硼8 h合金的1398 HV,提高了大约7倍。(2)高熵合金在去离子水中的磨损率和摩擦系数均低于在干燥环境下的磨损率和摩擦系数。退火合金在空气中的主要磨损机制是粘着磨损和塑性犁沟磨损,而在去离子水中的磨损机理主要是磨粒和分层磨损,并伴随着轻微的粘着磨损。干燥条件下随着渗硼时间的增加,主要磨损机制由渗硼2 h合金的分层磨损和磨粒磨损逐渐转变为渗硼8 h合金的抛光磨损。在去离子水中,磨损机制由渗硼2 h合金的二体滑动磨粒磨损逐渐转变为渗硼8 h合金的三体滚动磨粒磨损。(3)在空气中,随着渗硼时间的增加,Si3N4球的磨损机理逐渐由粘着和犁沟磨损向磨粒磨损转变。在去离子水中,随着渗硼时间增加,Si3N4球的磨损机理逐渐由二体滑动磨粒磨损向三体滚动磨粒磨损转变。(4)渗硼合金在高温下的摩擦系数和磨损率均低于退火态合金。随着温度升高,退火态合金的摩擦系数总体变化趋势呈先增大后减小,而渗硼合金的摩擦系数随温度升高呈逐渐减小趋势。退火态和渗硼合金的磨损率均呈先增大后减小的趋势,两者的磨损率都在400℃时达到最大值。(5)退火合金在室温下的主要磨损机制为磨料磨损,随着温度升高,磨损机制转变为塑形犁沟和分层磨损,并最后过渡为氧化磨损。渗硼合金的磨损机制主要由室温下的抛光磨损,逐渐转变为磨料和分层磨损,最后过渡为氧化磨损。退火合金在高温下磨损表面氧化膜的主要成分是金属氧化物和Si O2,而渗硼合金在高温下磨损表面氧化膜的主要成分包含了一些金属氧化物、B2O3、SiO2和Si3N4,进一步促进了滑动界面的润滑效果。
卢世翻[2](2021)在《GdTbHoErRE(RE=La,Pr,Y)稀土高熵合金的结构与磁性能研究》文中指出本文通过电弧熔炼与甩带的方法制备出了具有密排六方结构的稀土高熵合金Gd Tb Ho Er、GdTbHoErY、Gd Tb Ho Er La、Gd Tb Ho Er Pr和Gd Tb Ho Er La Y。主要对这些高熵合金做了三个方面的工作:一、通过XRD、SEM和TEM证明了稀土高熵合金GdTbHoErY具有单相的密排六方结构,并且绘制了其磁性相图,研究了其相变类型和磁热效应。二、在稀土高熵合金Gd Tb Ho Er的基础上加入非磁性元素La、Y和磁性元素Pr,探究高熵合金中“熵”和磁熵中“熵”的联系。三、探究快速冷却处理对稀土高熵合金结构与磁热性能的影响。通过对稀土高熵合金GdTbHoErY研究发现该合金具有单相密排六方结构。在5 T的磁场下,GdTbHoErY合金的制冷量(RC)和磁熵变(?SM)分别达到341 J·kg-1和5.4J·kg-1K-1。高RC是由于工作温度范围较大而引起的,随着外部磁场的增加,磁转变温度附近的峰与磁转变温度以下的峰结合,从而使工作温区变大,进而增加了RC值。此外,由于原子随机分布在晶格上,复杂的磁结构和交换耦合使得磁序列逐渐发生变化,从而导致磁热效应增强。在稀土高熵合金GdTbHoEr的基础上,添加非磁性元素La和Y发现这些高熵合金均具有单相密排六方结构。随着构型熵的增加,磁熵(从8.64降至5.85 J·kg-1K-1)反而减小。对于高熵合金Gd Tb Ho Er、Gd Tb Ho Er La和Gd Tb Ho Er La Y,在5 T外场下的RC值分别为924.48、390.72和245.70 J·kg-1。为了验证是否为非磁性的La和Y的稀释作用降低了这些高熵合金的磁化强度,在高熵合金Gd Tb Ho Er中添加了磁性Pr元素,发现其RC和?SM仍在减小。根据实验结果并结合相关文献表明,高熵合金的磁性能取决于稀土4f的固有磁性能,而构型熵与磁性能没有关系。此外,还发现这些高熵合金在低温处出现了非常高的饱和磁化强度,特别是高熵合金Gd Tb Ho Er,其饱和磁化强度达到291.3 emu/g。研究发现稀土高熵合金GdTbHoEr、GdTbHoErLa和GdTbHoErLa Y经过甩带(29m/s)处理后的XRD总体还是保持了空间群为P63/mmc的密排六方结构。此外,高熵合金Gd Tb Ho Er、Gd Tb Ho Er La和Gd Tb Ho Er La Y的磁转变温度分别为190 K、117 K和120 K。在5 T磁场下?SM分别为7.43、6.83和6.37 J·kg-1k-1,对应的RC值分别为420、306和249 J·kg-1。经过甩带处理后高熵合金的?SM与RC还是保持了随着构型熵的增加而减小的规律。这说明制备或处理样品的方法不会影响构型熵与磁熵的关系。稀土高熵合金表现出优异的磁学性能,这为开发新型磁制冷材料提供了思路。
谢敏[3](2021)在《激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究》文中进行了进一步梳理Cu-Fe难混溶合金,又称Cu-Fe偏晶合金,能够同时兼备组元合金元素Cu的良好导热性、导电性、韧性、延展性和Fe的高硬度、高强度、优异耐磨性及磁学性能等,被广泛应用于制备大型集成电路、电器工程开关以及电气化铁路列车架空导线等。同时,在电子工业、汽车和航空领域中也具有良好的应用前景。目前,有关Cu-Fe偏晶合金的研究侧重于揭示亚稳难混溶合金液相分离过程及微观组织形成机理;调控工艺解决Cu-Fe偏晶合金在常规熔铸过程中产生的组织偏析问题。然而,由于其有限的样品尺寸及复杂的制备工艺,Cu-Fe偏晶合金性能研究甚少,极大地限制了该种合金的工业化应用进程。基于此,本论文采用激光增材制造技术(激光熔化沉积和激光选区熔化)成功制备了块体Cu-Fe偏晶合金,取得了重要的研究结果如下:针对Cu-Fe偏晶合金易偏析分层问题,采用激光熔化沉积结合机械合金化技术,通过调控Fe含量成功制备了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金。结合理论计算构建了微观组织演变的物理模型,揭示了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的液相分离机制。其中,第二相液滴以形核生长机制发生相分离,液滴晶核以扩散、Ostwald熟化和布朗运动、Stokes效应和Marangoni迁移驱动的碰撞和凝并方式长大和粗化,碰撞凝并过程中Marangoni迁移起主导作用,导致第二相富Fe颗粒尺寸呈现从熔池底部到顶部增大的趋势。开展了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的性能研究,发现颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的硬度(~153 HV0.2)呈均匀分布且略高于黄铜(~137.7 HV0.2);此外,电化学腐蚀过程中富Fe颗粒优先腐蚀,能够实现富Cu基体的阴极保护,使得Cu95Fe5偏晶合金的耐蚀性优于黄铜;Cu-Fe偏晶合金还表现出较好的软磁性能:饱和磁化强度为9.19 emu/g,剩余磁化强度和矫顽力分别为0.13 emu/g和9.25Oe。在快速凝固过程中,由于Kirkendall效应引起的元素分布不均,生成“单孔”和“多孔”富Fe颗粒增强Cu-Fe偏晶合金。“多孔”富Fe颗粒增强Cu-Fe偏晶合金在3.5 wt.%Na Cl溶液中浸泡5天后的耐蚀性优于“单孔”Cu-Fe偏晶合金和黄铜。基于液相分离机制,通过调整光斑尺寸控制冷却速率,缩短液相分离过程中富Fe液滴的形核扩散、粗化以及碰撞凝并的周期,实现了富Fe颗粒增强相尺寸细化与分布优化,使Cu-Fe偏晶合金的硬度、耐磨性和耐蚀性更加优异。针对激光熔化沉积高Fe含量Cu-Fe偏晶合金偏析分层现象与尺寸限制,通过采用激光选区熔化成功制备了高Fe含量宏观质量良好的块体Cu-Fe偏晶合金,发现异质“纤维/颗粒-孪晶”富Fe相嵌于富Cu相基体的微观形貌特征,分析了Cu-Fe偏晶合金微观组织演变,探讨了其塑性变形及裂纹扩展机制。在断裂失效过程中,高密度纳米孪晶结构在裂纹扩展过程中起到裂纹桥接作用,能够有效屏蔽裂纹尖端的应力集中,从而抑制裂纹的扩展。为克服Cu及Cu合金硬度较低和耐磨性较差的难题,基于液相分离机制与低Fe含量弥散结构强化行为研究,引入Ti B2颗粒作为形核剂,有效调控液相分离形核过程,优化了Cu-Fe偏晶合金组织结构,使得“纤维/颗粒-孪晶”富Fe相明显细化分散,分析讨论了Ti B2颗粒和高密度纳米孪晶增强Cu-Fe偏晶合金强化机制与磨损机理。其中,高硬度纤维富Fe相增强了富Cu基体,使Ti B2颗粒难以移动或移除,增加了Ti B2颗粒在磨损过程中的支撑作用,保护表面富Cu基体不受磨损,提高富Cu相基体的承载能力,使Cu-Fe偏晶合金耐磨性明显提高。针对Cu-Fe偏晶合金“强-韧”倒置矛盾,基于高Fe含量Cu-Fe偏晶合金脆性富Fe相在变形过程中易断裂失效行为研究,通过选用316L不锈钢粉末代替初始Fe合金粉末,降低混合粉末层错能,原位形成强韧性良好的“纤维/颗粒-孪晶/层错”结构富Fe相增强增韧Cu-Fe偏晶合金,其强度约590±10 MPa,延伸率约8.9±1%,这主要归因于富Cu基体具有大角晶界类似于界晶强化、细小富Cu基体含有过饱和固溶Fe呈现固溶强化与细晶强化、大量“纤维/颗粒-孪晶/层错”富Fe相的界面强化和孪晶界/层错强化综合作用增强Cu-Fe偏晶合金力学性能。
刘径舟[4](2021)在《激光熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金涂层的组织和性能研究》文中指出高熵合金CoCrFeMnNi凭借其特殊的简单FCC固溶体结构、不倾向于生成金属间化合物等杂质相和其优异的力学性能、耐磨耐蚀性能等特点而受到广泛关注。本文通过理论推导与实验验证相结合的形式,尝试以纳米碳球作为添加物混入高熵合金CoCrFeMnNi粉末中,并通过激光熔覆试验使两者结合形成熔覆性能、力学性能以及耐磨耐蚀性能良好的涂层材料CoCrFeMnNi Cx。本文首先通过理论计算,研究了形成固溶体所需要的晶体结构、原子尺寸、电负性、混合熵混合焓等热力学条件,并通过总结前人对CoCrFeMnNi高熵合金的制备工艺和强化手段,确定本实验的参数变量分别为激光功率(3.7 k W和4.2 k W),激光扫描速度(120 mm/min,200mm/min,350 mm/min和400 mm/min)以及涂层材料的成分CoCrFeMnNi Cx(x=0,0.03,0.06,0.09,0.12和0.15)。涂层制备完毕后,通过宏观观察、XRD、OM、SEM、EDS、EPMA等方法分析测试其相结构、微观组织及元素分布等特征;通过显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站等测试涂层相应的力学和耐磨、耐蚀性能。结果显示,激光工艺参数的改变对相结构并无明显影响,但随着激光功率的增大或扫描速度的降低,涂层的稀释率升高,微观组织变得粗大且部分柱状晶区被胞状晶区取代,涂层硬度也迅速降低。一般而言,扫描速度越快,涂层硬度越高,导致其耐磨性能越好。然而,由于过快的激光扫描速度导致涂层的熔覆性能较差、表面质量并不均匀,这使得在400mm/min的扫描速度下获得的涂层耐磨性能变差。C含量对激光熔覆涂层的宏观形貌有着一定的影响,随着C含量的增加涂层的熔覆性能变差,涂层表面质量变差且与基体的结合不紧密但涂层的稀释率降低。随着C含量从0增加至0.09,涂层中产生碳化物M23C6相并逐渐增加;但在C含量从0.09增加至0.15时,碳化物M23C6相从XRD中消失。涂层的微观组织随着C含量的增加先变细小而后恢复粗大状态,同时在C含量增加至0.12和0.15时,涂层的中上部原本为胞状晶位置处形成粗大的树枝晶。在C含量为0.03~0.09时,C元素的主要存在形式为与金属元素Fe、Cr形成的碳化物M23C6,且主要分布在晶界处;在C含量为0.12和0.15时,C元素主要以单质形式存在。在未添加C原子时,熔覆层的平均硬度较低,为183.2 HV0.2;随着C含量的增加,涂层硬度逐渐增加,并在x=0.09时熔覆层平均硬度达到最大值223.48 HV0.2;随后继续添加C原子,涂层的硬度开始逐渐下降,并在x=0.15时,硬度达到195.04 HV0.2。受到碳化物产生和摩擦磨损机制变化的影响,高熵合金的耐磨性能随着C含量的增加,大体表现出先增强后减弱的趋势,并且在C含量为0.15时,合金表现出了短时间内极强的耐磨性能。无论C含量的多少,高熵合金均表现出明显的钝化效应,这说明其具有良好的耐腐蚀性能。随着C含量的增加,CoCrFeMnNi Cx高熵合金的耐腐蚀性能先增强后减弱,并在C含量x=0.09时取得最小的腐蚀速率0.027 mm/a。
江珊[5](2021)在《高熵碳化物(HfTaZrM)C(M=Ti,Nb)热力学和力学性能的密度泛函理论研究》文中提出以一种或两种金属元素为主元的传统合金的局限性日益凸显,无法满足各行业对新技术日益增长的需求,开发新型功能材料显得尤为重要。“高熵合金”作为一种全新的材料设计理念被提出,率先应用在合金领域并极大地扩展了传统合金设计的范围,引起了各领域的广泛关注。接着,研究人员又进一步将此概念延伸至含非金属元素的陶瓷化合物中,设计、开发了多种具有特殊性能的高熵陶瓷化合物。近年来,含多个过渡金属元素的高熵碳化物被认为是一种极具发展前景的典型陶瓷化合物,继而成为了材料学、化学领域中的研究热点。本论文将准谐Debye-Grüneisen模型与密度泛函理论(DFT)相结合,对两种高熵碳化物(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C在零压下的热力学与力学性能进行了对比研究,并进一步研究二者在高压下的力学及电子性能。采用DFT框架下的从头算方法结合特殊准随机结构(SQS)研究了(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C的基态结构与弹性性质。优化后的晶格参数与实验数据吻合较好。由于形成焓均为负值,表明这两种高熵碳化物在热力学上都是稳定的。然后研究了小弹性范围内的力学性能,结果表明二者均具有力学稳定性。与(Hf Ta Zr Ti)C相比,(Hf Ta Zr Nb)C由于共价键更强,强度和刚度更大,脆性也更大,且(Hf Ta Zr Nb)C具有较高的德拜温度,也表明其具有较强的共价相互作用。电子结构分析表明二者均具有共价键特性,并伴有离子键特性。进一步结合准谐Debye-Grüneisen对其热力学性质进行了研究。随着温度升高,两种材料的热力学性能表现出正常的基本相似的趋势,(Hf Ta Zr Ti)C具有较大的热膨胀系数,作为金属工具涂层可能更有利于降低热应力失配,而(Hf Ta Zr Nb)C由于有较大的体积模量,在工程应用中具有更明显的强度优势。采用基于DFT的从头算方法并结合SQS研究了高熵碳化物(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C在高压下的结构、弹性和电子性质的演化。随着压力增加,(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C的晶格常数逐渐减小,体积收缩,密度逐渐增大。在高达200 GPa的压力下,两种碳化物的弹性刚度系数几乎呈线性硬化,满足弹性稳定性准则。随着压力增加,(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C的弹性模量和德拜温度均增大。虽然维氏硬度均下降,但(Hf Ta Zr Nb)C的维氏硬度在整个研究的压力范围内始终高于(Hf Ta Zr Ti)C。(Hf Ta Zr Ti)C和(Hf Ta Zr Nb)C的延展性在压力下得到改善,分别在50 GPa和60 GPa左右发生脆性/延展性转变。电子结构表明,随着压力的增加,过渡金属原子和碳原子之间的共价键增强,并伴随明显离域趋势。这种效应是导致压力下的高体积模量、剪切模量和延展性增强的原因。两种高熵碳化物的离子键均随着压力的增加而减弱,且(Hf Ta Zr Ti)C受压力的影响更大。本文的研究结果对该两类高熵碳化物未来的结构优化和工业应用具有重要的参考价值,同时也为设计、开发更多具有优异性能的高熵碳化物材料奠定了理论基础。
刘明[6](2020)在《微波烧结含硼含稀土高熵合金的微观组织和力/磁性能研究》文中研究说明高熵合金是一种相结构简单且性能优良的多组元合金,通过调控合金元素的种类与含量可以得到组织不同、性能各异的合金材料,还可以通过采用特定制备方法,搭配不同材料后处理工艺,得到常规制备方法无法得到的具有特殊成分、特定组织、优异性能的新材料。目前制备高熵合金的方法普遍操作复杂,合金制备成本较高,不利于高熵合金的实际应用推广。本文选取“高能球磨+冷等静压+微波烧结”的制备路线,得到一系列含硼含稀土元素的高熵合金材料。该方法操作简单且易于过程控制,在较低生产成本前提下充分利用了各阶段技术优势,所制备的合金材料性能优良,为高熵合金的未来应用提供了有益借鉴。实验利用热分析仪(DSC)测量合金的高温相结构和重量变化,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)来观察合金的微观组织形貌和相结构,采用电子万能材料试验机与显微硬度计测试合金的压缩性能和显微硬度,并利用振动样品磁强计(VSM)测试高熵合金的磁学性能。研究结果表明“高能球磨+冷等静压+微波烧结”的制备路线可以获得致密度较高的大块高熵合金材料。从高能球磨参数优化看,适宜的真空球磨参数为:球径比m5:m10:m15=4:2:1,球料比5:1,球磨时间60h,此时合金化程度高且颗粒形貌完整,颗粒粒径≤2μm。从微波烧结参数对含硼含钕高熵合金的影响效果看,升温速率对含硼含钕高熵合金的微波烧结效果影响较大,烧结FeCoNiCrAlB0.1Nd0.05高熵合金时的适宜升温速率为30℃/min,此时析出的AlBO3有助于气体排除并提高致密度和性能;烧结FeCoNiCrCuB0.1Nd0.05高熵合金时的适宜升温速率为50℃/min,此时析出硼化物相Cr3B5数量适中并有助于强韧性提高。此外,FeCoNiCrAlB0.1Nd0.05含铝高熵合金的致密度和力学性能均低于FeCoNiCrCuB0.1Nd0.05含铜高熵合金,这是因为含铜高熵合金导热性较好,对应合金的致密度和力学性能较好。从加Y的影响效果看,合金元素Y的添加增加了FeCoNi1.5CuB基体合金的晶格畸变,FCC基底结构相的衍射峰向低角度偏移。微观组织由硼化物M3B区、高铜含量的基底FCC高熵合金区和富钇BYO3区三部分构成,随着Y含量的增高,熵焓比降低,在富钇析出相区内出现了YB12颗粒相。与FeCoNi1.5CuB相比,优化的FeCoNi1.5CuBY0.2高熵合金的显微硬度、压缩强度、屈服强度与最大压缩比分别提高了1.3%、23.1%、9.6%和47.4%,性能的提升源于加Y后的固溶强化、细晶强化和弥散强化作用。当Y加入量0.5时,过高Y量将会破坏原有高熵合金结构,抑制硼化物生长的作用也会降低,使材料的塑性和软磁性能下降。从加B的影响效果看,合金元素B的添加不利于球磨过程中晶体结构的维持,加B降低了合金液相温度,有利于高熵合金的低温快速烧结。加B增加了合金致密度,并消除了Y2O3对合金基底产生的不良效果,生成了强度略低于基底相的BYO3相。硼含量的升高伴随着FeCoNi1.5CuBxY0.2高熵合金的强度与硬度不断提升,却使软磁性能下降。硼含量为0.6摩尔比时合金内开始出现硼化物,源于熵焓比的降低。硼添加量为0.4摩尔比时合金具有最大的压缩比值35%,此时塑性最佳。超过0.4后合金压缩比下降,表明硼化物的生成不利于塑性提高。对比Y和B的影响效果后认为:B和Y的加入都使高熵合金的混合熵逐渐增加,混合焓逐渐降低,增加了合金体系的平均原子半径差,导致合金晶格畸变程度越来越大,这是合金硬度与强度增加的主要原因。有区别的是,对于加Y的FeCoNi1.5CuB高熵合金其熵焓比逐渐下降,加B的FeCoNi1.5CuY0.2高熵合金其熵焓比呈先上升后下降的趋势,表明了合金固溶化程度先增加后减小,FeCoNi1.5CuB0.2Y0.2合金具有最大固溶度,此时合金XRD衍射峰强度最高,组织结构最为致密。
李彦洲[7](2020)在《铝合金表面激光沉积AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层研究》文中提出表面改性是提升铝合金零件表面耐磨和耐腐蚀性能的主要手段,激光沉积是一种用于制备性能优异涂层的重要改性技术。但传统涂层材料,如铁基、镍基和钴基等合金,相对于铝合金具有较高熔点,且此合金系统与铝元素(Al)具有较负的混合焓,导致在激光沉积过程中,基材中Al会上浮至熔池,与上述材料反应后易生成硬脆金属间化合物。硬脆相出现会严重影响涂层成形质量和使用性能。因此,铝合金表面制备性能优异涂层一直是激光沉积领域的技术难题。针对这一问题,提出以高熵合金这一新兴材料作为涂层,以抑制由基材稀释行为引起的硬脆相产生为出发点,基于对工艺与成分优化及其性能调控机理的探索,研究在铝合金表面直接激光沉积制备耐磨耐腐蚀性涂层技术。主要研究结果如下:(1)基于对合金体系的混合熵、混合焓和原子半径差等相结构判定参数的计算,设计了适用于铝基表面改性的AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层成分。在连续激光沉积试验中发现,采用Φ=1.2 mm光斑直径进行激光沉积可减少涂层开裂倾向。结合信噪比分析和逼近理想值法对涂层的稀释率和接触角优化,响应的最优值贴近度可由0.5389增加到0.5647。涂层生成了FCC1+FCC2+BCC简单相结构,未生成复杂相结构金属间化合物。涂层的平均硬度为509 HV0.2,但结合强度仅为100.4 MPa。(2)为改善涂层与基材结合质量,采用脉冲激光模式,通过调整占空比和脉冲频率对涂层凝固行为和组织结构进行调控。在激光功率为1850 W、脉冲频率50 Hz、占空比70%、扫描速度120 mm/min、送粉率5.6 g/min条件下制备的涂层呈现FCC1相结构,底部和中部枝晶组织细化。涂层结合强度为171.9 MPa,相比连续激光条件下提高了31.3%。在上述工艺条件下,基于有限元模拟和高速摄像分析,揭示了脉冲频率对涂层表面成形质量的影响机理。当频率小于30 Hz时,由于各单位脉冲激光下形成的熔池以固液界面形式搭接,较高的温度梯度使熔池冷却时内部会产生极大拉应力,导致涂层易产生裂纹;当频率大于50 Hz时,熔池过低的平均温度使其难以在基材表面润湿铺展,涂层易形成叠高且两侧出现沾粉和球化。频率在30 Hz和50 Hz之间,能够同时保证熔池具有合理的温度梯度和良好润湿铺展性,形成具有优异几何形貌和成形质量的涂层。(3)为提升涂层耐磨和耐腐蚀性,基于高熵合金物相调控机制,研究了AlCrFeCoNiCu系高熵合金中主组分占比对涂层组织与性能的影响。当Al原子比小于0.5时,涂层以FCC1为主相;随着Al含量升高,涂层转变为BCC1+BCC2+FCC1相;当Al原子比大于1时,涂层出现FCC2相,FCC1相消失。BCC相可有效阻碍微凸体对涂层的微切入和微剪切,因此涂层耐磨性随Al增多而增强,磨损机制由分层断裂和黏着磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。但当Al含量提高至1.8时,涂层在磨损过程中发生脆性脱落使其耐磨性降低。在3.5%NaCl溶液中,涂层耐腐蚀性随Al含量增加先增大后减小,富铜FCC1相为易腐蚀相,Al0.8CrFeCoNiCu涂层耐腐蚀性最优。AlxCrFeCoNiCu高熵合金柯西压力和Paugh比的计算结果表明,Al原子比超过1时合金演变为脆性材料;体积模值、切变模值和杨氏模量计算结果表明,Al含量增多会提高合金的强度。综合上述试验与分析,Al0.8CrFeCoNiCu性能较为均衡,原子比0.8为优化的Al含量。(4)为进一步提高涂层耐腐蚀性能,对Cu含量进行了优化。Cu含量增多能促进涂层FCC1相形成,减少涂层裂纹敏感性,但也降低了其耐腐蚀性。适当降低Cu含量可减小其在晶间偏析程度,促使涂层腐蚀行为由Cu偏析引起的局部晶间腐蚀转变为由Al活性溶解引起的局部点蚀。Cu原子比在0.5时既可改善涂层韧性,又可兼具较好的耐腐蚀性。(5)为进一步调控高熵合金涂层综合性能,对添加不同含量Ti、Si、B的AlCrFeCoNiCu系高熵合金进行了研究。少量添加Ti元素未明显提升涂层力学和耐腐蚀性能,而当Ti添加量大于0.5原子比时,涂层会形成Laves相,可明显提高涂层硬度,但也降低了其耐腐蚀性。由于在快速冷却条件下,过冷熔体中金属间化合物相孕育时间高于固溶体相,因此相比于出现Cr3Si相的铸态Al0.8CrFeCoNiCu0.5Si0.5高熵合金,沉积态Al0.8CrFeCoNiCu0.5Si0.5高熵合金仅呈现简单相结构。Si可促进涂层共晶组织形成,B可引起硼化物产生,适当增加Si和B含量可改善涂层耐磨性能。但由第二相硼化物引起的微区电偶效应和破坏钝化膜连续性行为,导致B元素添加反而降低了涂层耐腐蚀性。在满足涂层与基材具有良好结合质量的前提下,Al0.8CrFeCoNiCu0.5Si0.3高熵合金具有最优的硬度、耐磨和耐腐蚀性,可作为铝合金表面激光沉积改性的最优涂层成分。
郭宇[8](2020)在《高导热铝硅合金设计制备及其导热机理》文中指出本文利用热力学模拟和第一性原理计算,研究了不同合金化元素及形成的第二相对铝合金导热系数的影响,根据模拟和验证试验的结果,优化设计并制备出了一种具备较高导热性能和较好力学性能的铝硅合金。通过对制备获得的高导热铝硅合金进行锶变质处理、轧制变形处理和热处理,系统地讨论了高导热铝硅合金在不同工艺条件下显微组织的演变规律,揭示了第二相形貌、尺寸与分布的变化对铝硅合金导热系数影响机制,阐明了微观组织演变对高导热铝硅合金力学性能的影响规律及强韧化机理,为铸锭-热加工-热处理工艺制备高导热铝硅合金材料提供新思路和理论基础。通过热力学模拟计算分别对Cu、Fe、Mg、Si元素在不同含量下对铝合金导热系数的变化规律进行研究,结果表明Si元素引起铝合金导热系数降低程度最小,以Al-12Si合金为基础进行了进一步的成分设计,计算结果表明,添加相同含量的Fe、Cu、Mg对Al-12Si合金导热系数损害程度的大小为:Fe<Cu<Mg,且随着第二相含量增加合金的导热系数呈现出下降的趋势。通过第一性原理计算对含有Cu、Fe、Mg三种元素的铝硅合金中常见第二相的热力学性质和力学性能进行了分析和讨论,其中三元铝铁硅相具有良好的刚度和理论硬度,其德拜温度和导热系数的理论计算值最高,说明其热传导和强化能力均优于其它第二相。结合模拟和验证试验的结果对铝硅合金进行了成分优化,并最终制备出了一种高导热Al-Si-Fe-Mg合金,其铸态室温导热系数可达155.99 W/(m·K)。对所制备Al-Si-Fe-Mg合金进行Sr变质处理的研究结果表明,共晶硅组织由原本粗大片层状或长针状变为高度分支纤维状。由于变质后共晶硅尺寸和形貌的改变以及硅相本身导热能力的提高,降低了对热传导过程中自由电子的散射作用,变质合金的导热系数较未变质合金提高了3.86%,同时纤维状共晶硅削弱了对基体的割裂作用,合金的力学性能也得到了改善。T6热处理后,未变质合金与变质合金中共晶硅颗粒平均尺寸和长径比发生了显着的变化,统计结果显示,与粗大的片层状的共晶硅相比,高分支细化的纤维状共晶硅相的球化能力更强,但其熔断后在基体中存在偏聚现象,限制了合金导热系数的进一步提高,导致T6热处理后,变质合金的力学性能优于未变质合金,而导热系数略低。热轧制处理能同时改善铝硅合金中第二相的尺寸和分布,有利于提高合金的导热系数和力学性能。随着热轧压下量的增加,合金中Si相和富铁相的破碎程度加重,同时硅颗粒在铝基体上分布均匀。热轧态合金的导热系数和力学性能随着压下量的增加而提高,结果表明当铝硅合金中共晶硅颗粒细小、分布弥散时,合金表现出良好的导热系数和强度。T6热处理后,热轧态合金中共晶硅相发生球化,且小尺寸共晶硅颗粒的比例有所增加,细小类球状的硅颗粒对电子的散射作用较小,弥散分布在基体中的硅颗粒增加了电子平均自由程,同时降低了对基体的割裂作用,还具有一定程度的弥散强化效果,从而使热处理后热轧态合金的导热系数提高,其力学性能也得到了较大的改善。本文制备的高导热铝硅合金在经过压下量为71.25%均匀化热轧制和T6热处理后,获得了具有更高导热系数和力学性能的铝硅合金,该合金的显微组织中,共晶硅、富铁相等第二相细小且弥散分布,其室温导热系数为188.22 W/m·K,室温极限抗拉强度为295.21 MPa,伸长率为9.56%。
张宇峰[9](2020)在《纳米SiC、TiC相添加对Al-Cr-Fe-Ni系高熵合金组织与性能影响》文中指出随着科学技术的不断发展,对材料性能的要求也不断提高。高熵合金是由多种主元以等摩尔比或近等摩尔比组成的具有简单晶体结构的固溶体合金。作为一种新型合金,由于其优异的性能成为未来最有发展潜力的新型的结构材料之一。陶瓷相由于其具有高硬度、高强度等特点,而常被用于提高合金的性能。本文利用真空电弧炉熔炼制备不同SiC/TiC添加量的AlxCrFe2Ni2(x=0.6,1.4)高熵合金。通过相检测、显微组织观察、应力-应变曲线测试及硬度测试等方法,研究了不同SiC/TiC添加量对单FCC相Al0.6CrFe2Ni2高熵合金及单BCC相Al1.4CrFe2Ni2高熵合金组织及性能的影响。研究结果表明,SiC的添加没有改变AlxCrFe2Ni2高熵合金原有的相结构。但由于SiC在高温下完全分解,分解出的C元素与Cr元素相结合生成了Cr7C3增强相。随着SiC添加量的逐渐增多,合金中Cr7C3相含量也随之不断增多且其尺寸也不断增大。对于SiC/Al0.6CrFe2Ni2高熵合金,当添加的SiC含量为2.5vol%时,合金有较优的综合性能,其屈服强度及硬度分别为618MPa,251HV;对于SiC/Al1.4CrFe2Ni2高熵合金,当SiC添加量为2.5vol%时,合金有较优的综合性能,其屈服强度、抗压强度、塑性、硬度分别为1557MPa,3136MPa,35.03%,487HV。TiC的添加同样没有改变AlxCrFe2Ni2高熵合金原有的相结构,但是随着TiC的添加,Ti C在晶界上出现并使得晶界的尺寸逐渐增大,起到了晶界强化的作用,从而使得合金的强度得到提高。当添加的TiC含量为2.5vol%时,TiC/Al0.6CrFe2Ni2高熵合金有较优的综合性能,其屈服强度、硬度分别为577MPa,244HV;对于TiC/Al1.4CrFe2Ni2高熵合金,2.5TiC/Al1.4合金有较优的综合性能,其屈服强度、抗压强度、塑性及强度分别为1576MPa,3224MPa,39.78%,440HV。
李哲[10](2020)在《碳元素及热处理对AlCrFe2Ni2Cx高熵合金组织与性能影响》文中研究指明高熵合金(HEAs)由于其良好的力学性能、良好的耐磨性以及优异的耐蚀性等特点引起了学者们广泛的关注。元素的种类及含量对合金的微观组织和性能的影响成为人们研究与挖掘的重要任务,热处理对高熵合金微观组织与性能的影响具有重要的研究意义。因此,通过调整合金元素含量以及退火处理的温度得到性能优异的高熵合金,可以对以后金属材料发展起到良好的理论指导和借鉴意义。本文选用具有FCC+BCC双相固溶体结构的AlCrFe2Ni2高熵合金作为基体,向其中C元素,探究不同C含量和退火处理对AlCrFe2Ni2Cx双相高熵合金微观组织转变与力学性能的影响。本文采用真空电弧熔炼炉制备纽扣锭试样,通过DSC确定退火处理温度,通过XRD、SEM、EDS、TEM、EBSD等方法分析了C含量以及退火处理对AlCrFe2Ni2高熵合金的相组成和微观组织结构的影响,同时对合金室温压缩性能、硬度进行测试。结果表明C诱导了无序面条状FCC相合并长大。随着C含量的增加,FCC相的体积分数从33.2%增加到51.2%。合金中的Al和Ni在相界处析出,由无序体中心立方(A2)结构和有序体心立方结构(B2)组成的调幅分解结构的消失。随着C含量的增加,BCC相转变为球状B2相,合金的屈服强度与BCC相的体积分数之间有着密切的关系。当C含量高于2.0%时,ε相在FCC相中析出。随着C含量的增加,合金的硬度从310HV增加到357HV。随着C含量的增加,合金的抗压强度和断裂应变降低,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。AlCrFe2Ni2Cx系合金在600℃退火处理后,合金系的屈服强度和硬度最高,断裂应变最低。在850℃退火处理后,合金系的屈服强度和抗压强度均有所升高。碳化物在FCC相与BCC相之间的相界处析出,合并长大的FCC相中有新相析出,提高了合金的综合力学性能。在950℃退火处理后,析出相长大,合金系的力学性能下降。
二、Cu-Fe合金内硼化的热力学分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Cu-Fe合金内硼化的热力学分析(论文提纲范文)
(1)硼化Al0.1CoCrFeNi高熵合金微观结构和摩擦学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高熵合金的概述 |
1.2.1 高熵合金的定义 |
1.2.2 高熵合金的特征 |
1.2.3 高熵合金的相形成规律 |
1.3 高熵合金的研究现状 |
1.3.1 高熵合金的性能研究 |
1.3.2 高熵合金的渗硼处理 |
1.3.3 高熵合金的摩擦学性能 |
1.4 本文的选题意义和研究思路 |
第2章 实验方法和实验仪器 |
2.1 合金成分设计 |
2.2 合金样品的制备 |
2.2.1 合金的熔炼 |
2.2.2 合金的轧制和退火 |
2.2.3 高熵合金的渗硼处理 |
2.3 性能测试 |
2.3.1 硬度测试 |
2.3.2 摩擦磨损性能测试 |
2.4 材料表征方法 |
2.4.1 金相分析 |
2.4.2 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.3 扫描电镜和能谱分析(SEM/EDS) |
2.4.4 原子力显微镜(AFM) |
2.4.5 X射线光电子能谱分析(XPS) |
2.4.6 白光干涉三维轮廓仪 |
第3章 高熵合金渗硼前后的微观组织 |
3.1 引言 |
3.2 高熵合金渗硼前后的微观组织和相结构分析 |
3.2.1 退火态高熵合金的微观组织和相结构分析 |
3.2.2 高熵合金渗硼层的形貌和相组成分析 |
3.3 高熵合金的显微硬度分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 不同渗硼时间高熵合金的摩擦学行为 |
4.1 引言 |
4.2 高熵合金在不同环境下的磨损率 |
4.3 高熵合金在不同环境下的摩擦系数 |
4.4 高熵合金在不同条件下的磨损机制 |
4.5 本章小结 |
第5章 高熵合金渗硼前后的高温摩擦学性能 |
5.1 引言 |
5.2 高熵合金渗硼前后在不同温度下的摩擦系数 |
5.3 高熵合金渗硼前后在不同温度下的磨损率 |
5.4 高熵合金渗硼前后在不同温度下的磨损形貌 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(2)GdTbHoErRE(RE=La,Pr,Y)稀土高熵合金的结构与磁性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 引言 |
§1.2 单相高熵合金的相稳定性和构型熵 |
§1.3 高熵合金的四大效应 |
§1.4 高熵合金的基本性能 |
§1.4.1 高强度与良好的塑性 |
§1.4.2 耐磨耐腐蚀性 |
§1.4.3 磁学性能 |
§1.5 磁热效应 |
§1.5.1 磁热效应理论 |
§1.5.2 磁热效应的热力学 |
§1.5.3 一级和二级相变 |
§1.5.4 温度对磁热效应的影响 |
§1.5.5 磁制冷材料 |
§1.6 稀土基高熵合金研究现状 |
§1.7 本文研究的内容与意义 |
第二章 实验方法 |
§2.1 实验流程 |
§2.1.1 样品熔炼 |
§2.1.2 样品甩带 |
§2.2 实验样品测试 |
§2.2.1 物相测试与结构分析 |
§2.2.2 场发射扫描电镜金相观察与半定量分析 |
§2.2.3 透射电子显微镜结构分析 |
§2.2.4 室温与低温磁性测量 |
第三章 稀土高熵合金GdTbHoErY的结构和磁热性能研究 |
§3.1 引言 |
§3.2 实验方法 |
§3.3 稀土高熵合金GdTbHoEr的结构与磁性能 |
§3.4 稀土高熵合金GdTbHoErY的结构 |
§3.5 高熵合金GdTbHoErY的磁性能 |
§3.6 本章小结 |
第四章 高熵合金中“熵”与磁熵中“熵”的关系 |
§4.1 引言 |
§4.2 实验方法 |
§4.3 GdTbHoErRE高熵合金的结构 |
§4.4 GdTbHoErRE高熵合金的磁性能 |
§4.5 GdTbHoErRE高熵合金在7K时的高饱和磁化强度 |
§4.6 本章小结 |
第五章 甩带对GdTbHoErRE高熵合金的结构与磁性能的影响 |
§5.1 引言 |
§5.2 实验方法 |
§5.3 甩带后GdTbHoErRE高熵合金的结构 |
§5.4 甩带后GdTbHoErRE高熵合金的磁性能 |
§5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
(3)激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 偏晶合金简介 |
1.2.1 偏晶合金的特性 |
1.2.2 偏晶合金的制备方法 |
1.3 液相分离机制及组织类型 |
1.3.1 液相分离机制 |
1.3.2 液相分离基本过程 |
1.3.3 偏晶合金的组织类型 |
1.4 Cu基合金的强化方式 |
1.4.1 合金化法 |
1.4.2 Cu基复合材料法 |
1.4.3 孪晶/层错强化法 |
1.5 Cu-Fe偏晶合金的研究现状与存在问题 |
1.6 本论文的研究意义及内容 |
第二章 Fe含量对激光熔化沉积Cu-Fe偏晶合金组织与性能影响 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料与方法 |
2.3 不同Fe含量微观组织特征 |
2.4 液相分离机制 |
2.5 匀质Cu95Fe5 偏晶合金性能分析 |
2.5.1 显微硬度 |
2.5.2 磁学性能 |
2.5.3 电化学性能 |
2.6 “中空结构”富Fe颗粒增强Cu基偏晶合金耐蚀性 |
2.7 本章小结 |
第三章 光斑尺寸对激光熔化沉积Cu-Fe偏晶合金组织与性能影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料与方法 |
3.3 颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金组织优化 |
3.4 颗粒细化的液相分离机制 |
3.5 细化弥散颗粒优化Cu-Fe偏晶合金性能 |
3.5.1 硬度及耐磨性 |
3.5.2 磨损及增强机制 |
3.5.3 电化学性能分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 激光选区熔化成形块体层状Cu-Fe偏晶合金组织与力学行为分析 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料与方法 |
4.3 激光能量密度调控偏晶合金组织致密度 |
4.4 原位生成“纤维-颗粒”与纳米生长孪晶 |
4.5 Cu-Fe偏晶合金力学性能分析 |
4.6 塑性变形及裂纹扩展机制 |
4.7 本章小结 |
第五章 TiB_2对激光选区熔化成形Cu-Fe偏晶合金组织与耐磨性影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验材料与方法 |
5.3 TiB_2均匀细化分散“颗粒-孪晶”结构 |
5.4 TiB_2形核剂调控高Fe含量液相分离机制 |
5.5 TiB_2颗粒与富Fe颗粒增强偏晶合金耐磨性 |
5.5.1 硬度分析 |
5.5.2 磨损行为分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 激光选区熔化成形“纤维/颗粒-孪晶/层错”增强Cu-Fe偏晶合金力学性能 |
6.1 引言 |
6.2 实验材料与方法 |
6.3 原位生成“纤维/颗粒-孪晶/层错”富Fe结构 |
6.4 Cu-Fe偏晶合金力学性能分析 |
6.5 “纤维/颗粒-孪晶/层错”强韧化机制 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 本论文的创新之处 |
参考文献 |
发表论文及参与科研情况 |
致谢 |
(4)激光熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金涂层的组织和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高熵合金及其特点 |
1.2.1 高熵合金的定义 |
1.2.2 组织结构特征 |
1.2.3 固溶体形成的理论依据 |
1.2.4 高熵合金的四大效应 |
1.2.5 高熵合金的性能特点 |
1.3 CoCrFeMnNi系高熵合金研究进展 |
1.3.1 CoCrFeMnNi系高熵合金的制备 |
1.3.2 添加合金元素对CoCrFeMnNi系高熵合金的影响 |
1.4 激光熔覆技术 |
1.4.1 激光熔覆的特点 |
1.4.2 激光熔覆送粉的两种方法 |
1.4.3 激光熔覆工艺参数 |
1.5 研究内容及技术路线 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 技术路线 |
第二章 实验过程及方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 基体材料 |
2.1.2 熔覆粉末材料 |
2.1.3 预制层制备 |
2.2 激光熔覆试验 |
2.3 激光熔覆涂层的组织和性能测试 |
第三章 激光熔覆试验材料及参数选择 |
3.1 激光熔覆基体材料选择 |
3.2 激光熔覆工艺参数选择 |
3.2.1 激光功率 |
3.2.2 扫描速度 |
3.2.3 激光束直径 |
3.3 激光熔覆粉末CoCrFeMnNiC_x高熵合金 |
3.3.1 C的添加形式 |
3.3.2 C的添加量 |
第四章 激光参数对CoCrFeMnNi高熵合金组织和性能的影响 |
4.1 激光参数对宏观形貌的影响 |
4.1.1 表面质量 |
4.1.2 稀释率 |
4.2 激光参数对相结构的影响 |
4.3 激光参数对微观组织的影响 |
4.4 激光参数对元素分布的影响 |
4.5 激光参数对硬度的影响 |
4.6 激光参数对摩擦磨损性能的影响 |
第五章 C含量对CoCrFeMnNiC_x高熵合金组织和性能的影响 |
5.1 C含量对宏观形貌的影响 |
5.2 C含量对相结构的影响 |
5.3 C含量对微观组织的影响 |
5.4 C含量对元素分布的影响 |
5.5 C含量对硬度的影响 |
5.6 C含量对摩擦磨损性能的影响 |
5.7 C含量对耐腐蚀性能的影响 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.1.1 激光工艺参数对CoCrFeMnNi高熵合金涂层的影响 |
6.1.2 C含量对CoCrFeMnNiC_x高熵合金涂层的影响 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(5)高熵碳化物(HfTaZrM)C(M=Ti,Nb)热力学和力学性能的密度泛函理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 高熵合金 |
1.2 高熵化合物 |
1.2.1 高熵氧化物 |
1.2.2 高熵硼化物 |
1.2.3 高熵碳化物 |
1.3 密度泛函理论计算在材料设计中的研究进展 |
1.4 选题意义及研究内容 |
1.4.1 选题意义 |
1.4.2 研究内容 |
第二章 理论及研究方法 |
2.1 密度泛函理论 |
2.1.1 Thomas-Fermi-Dirac模型 |
2.1.2 Hohenberg-Kohn定理 |
2.1.3 Kohn-Sham方程 |
2.2 交换关联泛函 |
2.2.1 局部密度近似 |
2.2.2 广义梯度近似 |
2.3 计算软件介绍 |
2.3.1 ATAT简介 |
2.3.2 VASP程序介绍 |
2.3.3 Gibbs2 程序介绍 |
2.4 特殊准随机结构 |
2.5 立方弹性常数的计算 |
2.6 热力学性质理论 |
第三章 高熵碳化物(HfTaZrTi)C和(HfTaZrNb)C的弹性和热力学性质的研究 |
3.1 引言 |
3.2 理论与计算方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 结构性质 |
3.3.2 力学性质 |
3.3.3 德拜温度 |
3.3.4 电子性质 |
3.3.5 热力学性质 |
3.4 本章小结 |
第四章 高熵碳化物(HfTaZrTi)C和(HfTaZrNb)C高压下力学性能的从头算研究 |
4.1 引言 |
4.2 理论方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 结构性质 |
4.3.2 力学性能 |
4.3.3 德拜温度 |
4.3.4 电子结构 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
(6)微波烧结含硼含稀土高熵合金的微观组织和力/磁性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高熵合金的定义 |
1.3 高熵合金的四大效应 |
1.3.1 高熵效应 |
1.3.2 晶格畸变效应 |
1.3.3 缓慢扩散效应 |
1.3.4 鸡尾酒效应 |
1.4 高熵合金的基本性能 |
1.4.1 高的强度和硬度 |
1.4.2 优良的塑性和韧性 |
1.4.3 耐高温和耐腐蚀性 |
1.5 高熵合金的相稳定性 |
1.6 高熵合金的制备方法 |
1.6.1 真空熔炼法 |
1.6.2 磁控溅射镀膜 |
1.6.3 粉末冶金法 |
1.6.4 激光熔覆法 |
1.7 含硼含稀土高熵合金的研究现状 |
1.8 本论文研究目的、内容和意义 |
1.8.1 研究目的 |
1.8.2 研究内容 |
1.8.3 研究意义 |
第二章 实验设备、材料与方法 |
2.1 合金元素的基本物理特性 |
2.2 实验材料与方法 |
2.3 样品结构表征和性能测试 |
2.3.1 组织结构分析 |
2.3.2 性能测试 |
第三章 高熵合金粉体制备和微波烧结参数优化 |
3.1 前言 |
3.2 合金粉体制备 |
3.2.1 球径比对粉末粒度的影响 |
3.2.2 球磨时间对粉末粒度的影响 |
3.2.3 球料比对粉末粒度的影响 |
3.2.4 真空球磨参数总结 |
3.3 冷等静压制备生坯 |
3.4 微波烧结高熵合金 |
3.4.1 微波烧结FeCoNiCrAlB_(0.1)Nd_(0.05)高熵合金结构与组织分析 |
3.4.2 微波烧结FeCoNiCrCuB_(0.1)Nd_(0.05)高熵合金结构与组织分析 |
3.4.3 微波烧结含硼含钕高熵合金的性能 |
3.5 本章小结 |
第四章 Y对 Fe CoNi1.5CuB高熵合金组织和性能的影响 |
4.1 前言 |
4.2 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金结构的影响 |
4.3 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金微观组织的影响 |
4.4 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金热力学过程的影响 |
4.5 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金硬度的影响 |
4.6 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金压缩性能的影响 |
4.7 Y对FeCoNi_(1.5)CuB高熵合金软磁性能的影响 |
4.8 本章小结 |
第五章 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金组织及性能影响 |
5.1 前言 |
5.2 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金结构的影响 |
5.3 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金微观组织的影响 |
5.4 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金烧结过程热力学的影响 |
5.5 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金硬度的影响 |
5.6 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金压缩性能的影响 |
5.7 B对FeCoNi_(1.5)CuY_(0.2)高熵合金软磁性能的影响 |
5.8 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间发表的成果 |
1.在校期间发表(录用)的论文: |
2.在校期间发表的专利 |
(7)铝合金表面激光沉积AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
1.2 铝合金表面激光沉积高熵合金涂层相关技术研究现状与不足 |
1.2.1 铝合金激光表面改性技术研究现状与不足 |
1.2.2 高熵合金研究现状与不足 |
1.2.3 激光沉积高熵合金涂层研究现状与不足 |
1.3 论文研究内容及研究思路 |
1.3.1 对应科学及技术问题拟采用的解决方案 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 论文研究主线及架构 |
第2章 涂层成分设计及激光沉积制备相关理论和方法 |
2.1 适用于铝基表面的涂层成分设计 |
2.1.1 涂层设计原则 |
2.1.2 涂层元素选择 |
2.1.3 涂层相结构判定 |
2.2 激光沉积高熵合金涂层技术相关理论 |
2.2.1 激光沉积技术基本理论 |
2.2.2 熔池对流、传热与传质理论 |
2.2.3 激光沉积过程有限元数值模拟理论 |
2.2.4 第一性原理计算高熵合金理论 |
2.3 试验材料、设备与方法 |
2.3.1 试验材料 |
2.3.2 激光沉积试验设备 |
2.3.3 分析测试方法 |
2.4 本章小节 |
第3章 连续激光沉积AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层研究 |
3.1 激光沉积过程和大尺寸光斑分析 |
3.2 连续激光沉积工艺优化 |
3.2.1 正交工艺试验 |
3.2.2 正交试验结果 |
3.2.3 试验结果分析与优化 |
3.3 涂层组织与性能分析 |
3.3.1 涂层物相分析 |
3.3.2 微观组织分析 |
3.3.3 涂层性能分析 |
3.4 本章小节 |
第4章 脉冲激光沉积AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层研究 |
4.1 脉冲激光沉积试验工艺参数设计 |
4.2 占空比对成形质量影响 |
4.3 脉冲频率对涂层成形质量和组织结构影响 |
4.3.1 脉冲频率对涂层成形质量影响 |
4.3.2 脉冲频率对涂层组织结构影响 |
4.4 多道搭接大面积激光沉积涂层试验 |
4.5 涂层性能分析 |
4.5.1 涂层硬度分析 |
4.5.2 涂层结合强度分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 AlCrFeCoNiCu系高熵合金主组分Al和 Cu占比对涂层组织性能影响 |
5.1 Al占比对AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层组织性能影响 |
5.1.1 AlxCrFeCoNiCu高熵合金涂层设计 |
5.1.2 Al占比对AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层组织结构影响 |
5.1.3 Al占比对AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层性能影响 |
5.1.4 AlxCrFeCoNiCu高熵合金结构和弹性特性分析 |
5.2 Cu占比对AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层组织性能影响 |
5.2.1 Al_(0.8)Cr Co Ni Cux高熵合金涂层设计 |
5.2.2 Cu占比对Al_(0.8)Cr Fe Co Ni Cux高熵合金涂层组织结构影响 |
5.2.3 Cu占比对沉积态Al_(0.8)CrFeCoNiCu_x高熵合金涂层性能的影响 |
5.3 本章小结 |
第6章 AlCrFeCoNiCu系高熵合金添加Ti、Si、B元素对涂层组织性能影响 |
6.1 Ti元素添加对AlCrFeCoNiCu系高熵合金组织性能影响 |
6.1.1 沉积态AlCrFeCoNiCuTi_x高熵合金成分设计 |
6.1.2 沉积态AlCrFeCoNiCuTi_x高熵合金物相分析 |
6.1.3 沉积态AlCrFeCoNiCuTi_x高熵合金微观组织分析 |
6.1.4 沉积态AlCrFeCoNiCuTi_x高熵合金性能分析 |
6.1.5 沉积态AlxCrFeCoNiCu和 AlCrFeCoNiCuTi_x高熵合金对比分析 |
6.2 非金属改性元素Si、B添加对AlCrFeCoNiCu系高熵合金组织性能影响.. |
6.2.1 Al_(0.8)CrFeCoNiCu_(0.5)-M_x高熵合金成分设计 |
6.2.2 Al_(0.8)CrFeCoNiCu_(0.5)-M_x高熵合金物相分析 |
6.2.3 Al_(0.8)CrFeCoNiCu_(0.5)-M_x高熵合金微观组织分析 |
6.2.4 Al_(0.8)CrFeCoNiCu_(0.5)-M_x高熵合金涂层性能分析 |
6.3 各成分涂层的各项性能指标对比总结 |
6.4 本章小节 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
致谢 |
(8)高导热铝硅合金设计制备及其导热机理(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景与意义 |
1.2 金属的导热性能 |
1.2.1 导热系数和热扩散率 |
1.2.2 热传导的物理机制 |
1.2.3 导热系数的测量 |
1.3 导热铝合金的发展及研究现状 |
1.3.1 导热铝硅合金 |
1.3.2 其他导热铝合金 |
1.4 影响铝硅合金导热性能的因素 |
1.4.1 合金元素对铝硅合金导热系数的影响 |
1.4.2 缺陷对铝硅合金导热系数的影响 |
1.4.3 合金微观组织对铝硅合金导热系数的影响 |
1.5 制备工艺对铝硅合金力学性能的影响 |
1.5.1 变质处理对铝硅合金力学性能的影响 |
1.5.2 热处理对铝硅合金力学性能的影响 |
1.5.3 轧制处理对铝硅合金力学性能的影响 |
1.6 计算材料学在材料设计的应用 |
1.6.1 材料设计原理及方法 |
1.6.2 第一性原理计算在材料设计的应用 |
1.6.3 热力学计算在材料设计的应用 |
1.7 本文的主要研究内容 |
第2章 试验材料及研究方法 |
2.1 研究思路与技术路线 |
2.2 第一性原理计算和热力学模拟 |
2.2.1 第一性原理计算方法 |
2.2.2 热力学模拟方法 |
2.3 试验材料及制备方法 |
2.3.1 试验材料及合金熔炼工艺 |
2.3.2 试验合金轧制工艺及设备 |
2.3.3 试验合金热处理工艺及设备 |
2.4 试样的制备及分析表征 |
2.4.1 合金成分测定 |
2.4.2 金相组织观察(OM) |
2.4.3 场发射扫描电镜观察(SEM) |
2.4.4 透射电镜观察(TEM) |
2.4.5 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.6 差示热分析(DTA) |
2.4.7 硅颗粒状态统计方法 |
2.5 性能测试 |
2.5.1 导热系数测试 |
2.5.2 密度的测量 |
2.5.3 拉伸试验 |
2.5.4 布氏硬度测试 |
第3章 高导热铝硅合金组织和成分设计 |
3.1 引言 |
3.2 基于热力学计算的合金化元素设计 |
3.2.1 镁元素含量对铝合金导热系数的影响 |
3.2.2 铜元素含量对铝合金导热系数的影响 |
3.2.3 铁元素含量对铝合金导热系数的影响 |
3.2.4 硅元素含量对铝合金导热系数的影响 |
3.2.5 合金化元素对铝硅合金导热系数的影响 |
3.3 铝硅合金中第二相第一性原理研究 |
3.3.1 晶格模型的建立 |
3.3.2 铝硅合金中第二相的力学性能 |
3.3.3 铝硅合金中第二相的热力学性质 |
3.4 高导热铝硅合金的制备 |
3.4.1 高导热铝硅合金成分设计和试制 |
3.4.2 高导热铝硅合金的成分优化 |
3.5 本章小结 |
第4章 变质处理对铝硅合金导热性能的影响机制 |
4.1 引言 |
4.2 变质处理下合金第二相尺寸及形貌演变 |
4.3 变质处理对铝硅合金性能的影响 |
4.3.1 变质处理对铝硅合金导热系数的影响 |
4.3.2 变质处理对铝硅合金力学性能的影响 |
4.4 热处理下合金第二相尺寸及形貌演变 |
4.4.1 热处理工艺参数的确定 |
4.4.2 热处理下变质前后铝硅合金中第二相形貌演变规律 |
4.5 热处理对铝硅合金性能的影响 |
4.5.1 热处理对铝硅合金导热性能的影响 |
4.5.2 热处理对铝硅合金力学性能的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 热轧制处理对铝硅合金导热性能的影响机制 |
5.1 引言 |
5.2 均匀化处理后铝硅合金的显微组织形貌特征 |
5.3 热轧制处理后铝硅合金中第二相的形貌演变 |
5.3.1 热轧制工艺参数的确定 |
5.3.2 热轧制变形量对第二相尺寸和形貌的影响 |
5.4 热轧制对铝硅合金性能的影响 |
5.4.1 热轧制对铝硅合金导热系数的影响 |
5.4.2 热轧制对铝硅合金力学性能的影响 |
5.5 热处理下热轧态铝硅合金中第二相的形貌演变规律 |
5.6 热处理下热轧态铝硅合金性能的影响 |
5.6.1 热处理对热轧态铝硅合金导热系数的影响 |
5.6.2 热处理对热轧态铝硅合金力学性能的影响 |
5.7 本章小结 |
结论 |
创新点 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文、专利 |
致谢 |
(9)纳米SiC、TiC相添加对Al-Cr-Fe-Ni系高熵合金组织与性能影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 高熵合金的发展历史 |
1.2 高熵合金研究现状 |
1.2.1 国内外研究现状 |
1.2.2 Al CrFe Ni-M系高熵合金研究现状 |
1.3 陶瓷相增强合金研究现状 |
1.3.1 陶瓷相增强传统合金研究现状 |
1.3.2 陶瓷相增强高熵合金研究现状 |
1.4 存在的问题与研究内容 |
1.4.1 存在的问题 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 实验材料及检测手段 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 实验材料的选择 |
2.1.2 试样的制备 |
2.2 显微结构分析 |
2.3 力学性能表征 |
第3章 SiC添加对Al_xCrFe_2Ni_2 高熵合金组织及性能的影响 |
3.1 SiC添加对Al_(0.6)CrFe_2Ni_2高熵合金组织及性能的影响 |
3.1.1 合金的相组成 |
3.1.2 合金的显微组织及元素分布 |
3.1.3 合金的力学性能 |
3.2 SiC添加对Al_(1.4)CrFe_2Ni_2高熵合金组织及性能的影响 |
3.2.1 合金的相组成 |
3.2.2 合金的显微组织及元素分布 |
3.2.3 合金的力学性能 |
第4章 Ti C添加对Al_xCrFe_2Ni_2 高熵合金组织及性能的影响 |
4.1 Ti C添加对Al_(0.6)CrFe_2Ni_2高熵合金组织及性能的影响 |
4.1.1 合金的相组成 |
4.1.2 合金的显微组织及元素分布 |
4.1.3 合金的力学性能 |
4.2 Ti C添加对Al_(1.4)CrFe_2Ni_2高熵合金组织及性能的影响 |
4.2.1 合金的相组成 |
4.2.2 合金的显微组织及元素分布 |
4.2.3 合金的力学性能 |
第5章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(10)碳元素及热处理对AlCrFe2Ni2Cx高熵合金组织与性能影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高熵合金的四大效应 |
1.3 高熵合金的性能特点 |
1.3.1 高强度与高硬度 |
1.3.2 较高的耐磨性 |
1.3.3 良好的韧性和塑性 |
1.4 AlCrFe Ni系高熵合金的研究现状 |
1.5 碳元素及热处理对高熵合金影响的研究现状 |
1.5.1 碳元素对高熵合金影响的现状 |
1.5.2 热处理对高熵合金影响的现状 |
1.6 存在的问题及主要研究内容 |
1.6.1 存在的问题 |
1.6.2 主要研究内容 |
第2章 实验过程及方法 |
2.1 高熵合金的制备 |
2.1.1 配料 |
2.1.2 熔炼 |
2.2 分析方法与技术路线 |
2.2.1 显微组织分析方法 |
2.2.2 力学性能检测 |
2.2.3 差热分析及热处理 |
2.2.4 技术路线 |
第3章 碳含量对AlCrFe_2Ni_2高熵合金组织与性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 AlCrFe_2Ni_2C_x高熵合金的组织分析 |
3.2.1 合金的晶体结构 |
3.2.2 合金的金相组织 |
3.2.3 合金的微观组织 |
3.2.4 合金的相比例 |
3.2.5 合金的能谱分析 |
3.2.6 合金的理化参数分析 |
3.3 AlCrFe_2Ni_2C_x合金的力学性能分析 |
3.3.1 合金的压缩性能 |
3.3.2 合金的断口形貌 |
3.3.3 合金的硬度分析 |
第4章 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_x高熵合金组织与机械性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 退火处理对AlCrFe_2Ni_2高熵合金微观组织的影响 |
4.2.1 合金的晶体结构 |
4.2.2 合金的微观组织 |
4.3 退火处理对AlCrFe_2Ni_2高熵合金的机械性能的影响 |
4.3.1 合金的压缩性能 |
4.3.2 合金的断口形貌 |
4.3.3 合金的硬度测试 |
4.4 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.06)高熵合金微观组织的影响 |
4.4.1 合金的晶体结构 |
4.4.2 合金的微观组织 |
4.5 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.06)高熵合金的机械性能的影响 |
4.5.1 合金的压缩性能 |
4.5.2 合金的断口形貌 |
4.5.3 合金的硬度测试 |
4.6 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.12)高熵合金微观组织的影响 |
4.6.1 合金的晶体结构 |
4.6.2 合金的微观组织 |
4.7 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.12)高熵合金的机械性能的影响 |
4.7.1 合金的压缩性能 |
4.7.2 合金的断口形貌 |
4.7.3 合金的硬度测试 |
4.8 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.18)高熵合金微观组织的影响 |
4.8.1 合金的晶体结构 |
4.8.2 合金的微观组织 |
4.9 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.18)高熵合金机械性能的影响 |
4.9.1 合金的压缩性能 |
4.9.2 合金的断口形貌 |
4.9.3 合金的硬度测试 |
4.10 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.24)高熵合金微观组织的影响 |
4.10.1 合金的晶体结构 |
4.10.2 合金的微观组织 |
4.11 退火处理对AlCrFe_2Ni_2C_(0.24)高熵合金机械性能的影响 |
4.11.1 合金的压缩性能 |
4.11.2 合金的断口形貌 |
4.11.3 合金的硬度测试 |
第5章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
四、Cu-Fe合金内硼化的热力学分析(论文参考文献)
- [1]硼化Al0.1CoCrFeNi高熵合金微观结构和摩擦学性能的研究[D]. 武赟华. 太原理工大学, 2021(01)
- [2]GdTbHoErRE(RE=La,Pr,Y)稀土高熵合金的结构与磁性能研究[D]. 卢世翻. 桂林电子科技大学, 2021(02)
- [3]激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究[D]. 谢敏. 天津工业大学, 2021(01)
- [4]激光熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金涂层的组织和性能研究[D]. 刘径舟. 昆明理工大学, 2021(02)
- [5]高熵碳化物(HfTaZrM)C(M=Ti,Nb)热力学和力学性能的密度泛函理论研究[D]. 江珊. 广西大学, 2021(12)
- [6]微波烧结含硼含稀土高熵合金的微观组织和力/磁性能研究[D]. 刘明. 江苏大学, 2020(02)
- [7]铝合金表面激光沉积AlCrFeCoNiCu系高熵合金涂层研究[D]. 李彦洲. 长春理工大学, 2020(01)
- [8]高导热铝硅合金设计制备及其导热机理[D]. 郭宇. 哈尔滨理工大学, 2020(01)
- [9]纳米SiC、TiC相添加对Al-Cr-Fe-Ni系高熵合金组织与性能影响[D]. 张宇峰. 沈阳工业大学, 2020(01)
- [10]碳元素及热处理对AlCrFe2Ni2Cx高熵合金组织与性能影响[D]. 李哲. 沈阳工业大学, 2020(01)