FCC/L1 2 共格高熵高温合金的研究进展
发布时间：2021-08-16 18:22
高温合金是航空航天、能源等领域的高端装备核心热部件的关键材料。多年来,研究人员通过微合金化和先进制造工艺等方法,不断提升传统高温合金的性能,但由于受到合金主元的熔点限制,当前先进高温合金的性能已接近其极限。自2004年以来,高熵合金作为一种新型的合金体系表现出优异的综合性能,得到了广泛关注。高熵合金包含多种主元,在性能上的鸡尾酒效应可以融合各个主元的特点,突破了单一主元对合金性能的限制。随着对材料性能需求的不断提高,高熵合金也不仅限于单相固溶体,近年来也开发了大量第二相强化的高熵合金。其中,高熵高温合金结合了高熵合金多主元设计思想和传统高温合金共格析出的结构特点,表现出稳定的FCC/L12相结构和优异的高温性能,为新型高温结构材料的开发提供了希望。然而,高熵高温合金的相形成规律缺乏可靠的理论,强化和变形机理缺乏系统研究。此外,高温材料在环境中的表面稳定性是在工程应用中衡量材料性能的重要指标,而相关研究较少。近年来,研究人员基于已有的合金设计经验和计算机模拟方法,开发了一系列高熵高温合金,通过添加多种合金化元素不断提高材料的高温性能,研究了L12相的析出形貌和热稳定性、FCC/L12间的...
【文章来源】：材料导报. 2020,34(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
FCC/L12双相和多相高熵高温合金的(a)VEC-δ和 (b) Bo ˉ - Μd ˉ 关系图
Al2O3在900～950 ℃为γ-Al2O3,在更高温度下生成α-Al2O3,与Cr2O3具有相同的晶体结构。与Cr2O3相比,Al2O3的氧势要负得多,因此Al2O3比Cr2O3稳定得多,在1 000 ℃以上具有良好的防护能力[1]。高熵高温合金包含多种主元,既有易氧化的活泼元素Al、Cr等,又有难熔元素Nb、Mo、W等。在高温氧化环境中, 合金元素发生选择性氧化或加速氧化,形成更为复杂的氧化物。图3为HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和镍基高温合金CM247LC分别在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲线[38]。由图3可知,氧化增重次序为:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃时,HESA-2和CM247LC的氧化增重较为接近。通过微观组织和成分分析可知,两种高熵高温合金表面都形成了多层复杂氧化物结构,如图4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于连续的Cr2O3氧化层,而HESA-2抗氧化主要是形成连续的Al2O3氧化层,形成的连续氧化膜阻碍了元素的扩散和内氧化,因此氧化增重呈典型的抛物线型。虽然连续的Cr2O3和Al2O3氧化层可有效阻碍表层进一步氧化,但是当温度高于950 ℃时,Cr2O3会逐渐转变为易挥发的CrO3, 连续氧化层被破坏。相比之下,Al2O3在高温下更加稳定,这也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重缓慢的原因。由此可见,形成连续的Al2O3氧化层对阻止表面高温氧化至关重要。
图3为HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和镍基高温合金CM247LC分别在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲线[38]。由图3可知,氧化增重次序为:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃时,HESA-2和CM247LC的氧化增重较为接近。通过微观组织和成分分析可知,两种高熵高温合金表面都形成了多层复杂氧化物结构,如图4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于连续的Cr2O3氧化层,而HESA-2抗氧化主要是形成连续的Al2O3氧化层,形成的连续氧化膜阻碍了元素的扩散和内氧化,因此氧化增重呈典型的抛物线型。虽然连续的Cr2O3和Al2O3氧化层可有效阻碍表层进一步氧化,但是当温度高于950 ℃时,Cr2O3会逐渐转变为易挥发的CrO3, 连续氧化层被破坏。相比之下,Al2O3在高温下更加稳定,这也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重缓慢的原因。由此可见,形成连续的Al2O3氧化层对阻止表面高温氧化至关重要。3.2 高温热腐蚀
【参考文献】：
期刊论文
[1]高熵合金抗氧化性能研究现状及展望[J]. 杨晓萌,安子冰,陈艳辉. 材料导报. 2019(S2)
[2]高熵合金中的第二相强韧化[J]. 温晓灿,张凡,雷智锋,吴渊,刘雄军,王辉,吕昭平. 中国材料进展. 2019(03)
本文编号：3346165
【文章来源】：材料导报. 2020,34(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
FCC/L12双相和多相高熵高温合金的(a)VEC-δ和 (b) Bo ˉ - Μd ˉ 关系图
Al2O3在900～950 ℃为γ-Al2O3,在更高温度下生成α-Al2O3,与Cr2O3具有相同的晶体结构。与Cr2O3相比,Al2O3的氧势要负得多,因此Al2O3比Cr2O3稳定得多,在1 000 ℃以上具有良好的防护能力[1]。高熵高温合金包含多种主元,既有易氧化的活泼元素Al、Cr等,又有难熔元素Nb、Mo、W等。在高温氧化环境中, 合金元素发生选择性氧化或加速氧化,形成更为复杂的氧化物。图3为HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和镍基高温合金CM247LC分别在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲线[38]。由图3可知,氧化增重次序为:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃时,HESA-2和CM247LC的氧化增重较为接近。通过微观组织和成分分析可知,两种高熵高温合金表面都形成了多层复杂氧化物结构,如图4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于连续的Cr2O3氧化层,而HESA-2抗氧化主要是形成连续的Al2O3氧化层,形成的连续氧化膜阻碍了元素的扩散和内氧化,因此氧化增重呈典型的抛物线型。虽然连续的Cr2O3和Al2O3氧化层可有效阻碍表层进一步氧化,但是当温度高于950 ℃时,Cr2O3会逐渐转变为易挥发的CrO3, 连续氧化层被破坏。相比之下,Al2O3在高温下更加稳定,这也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重缓慢的原因。由此可见,形成连续的Al2O3氧化层对阻止表面高温氧化至关重要。
图3为HESA-1(Ni40.7Co20.6Fe11.5Cr12.2Al7.8Ti7.2)、HESA-2(Ni48.6Co17Fe9Cr7.5Al10.3Ti5.8Ta0.6Mo0.8W0.4)和镍基高温合金CM247LC分别在900 ℃和1 100 ℃氧化200 h的氧化增量曲线[38]。由图3可知,氧化增重次序为:HESA-1>HESA-2>CM247LC,且在1 100 ℃时,HESA-2和CM247LC的氧化增重较为接近。通过微观组织和成分分析可知,两种高熵高温合金表面都形成了多层复杂氧化物结构,如图4所示[38]。值得注意的是,HESA-1抗氧化主要得益于连续的Cr2O3氧化层,而HESA-2抗氧化主要是形成连续的Al2O3氧化层,形成的连续氧化膜阻碍了元素的扩散和内氧化,因此氧化增重呈典型的抛物线型。虽然连续的Cr2O3和Al2O3氧化层可有效阻碍表层进一步氧化,但是当温度高于950 ℃时,Cr2O3会逐渐转变为易挥发的CrO3, 连续氧化层被破坏。相比之下,Al2O3在高温下更加稳定,这也是HESA-2和CM247LC 合金在1 100 ℃氧化增重缓慢的原因。由此可见,形成连续的Al2O3氧化层对阻止表面高温氧化至关重要。3.2 高温热腐蚀
【参考文献】：
期刊论文
[1]高熵合金抗氧化性能研究现状及展望[J]. 杨晓萌,安子冰,陈艳辉. 材料导报. 2019(S2)
[2]高熵合金中的第二相强韧化[J]. 温晓灿,张凡,雷智锋,吴渊,刘雄军,王辉,吕昭平. 中国材料进展. 2019(03)
本文编号：3346165
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