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    【科普系列】高溫環(huán)境下的新一代材料—難熔高熵合金

    • 發(fā)布時(shí)間: 2023-02-23
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    研究意義


           隨著(zhù)航空航天技術(shù)的發(fā)展,可重復使用飛行器成為航空航天領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。嚴重的氣動(dòng)加熱現象會(huì )對飛行器造成很大的影響,例如結構失效、設備失靈,甚至會(huì )引發(fā)飛行事故。傳統材料的高溫性能及耐熱性能已經(jīng)不能滿(mǎn)足高超聲速飛行器的要求,急需開(kāi)發(fā)出應用于高溫環(huán)境下的新一代高熵合金(high-entropy alloys,HEAs)是由五種以上主要元素組成,且每種主元的原子分數在5%~35%范圍內的一種新型合金,被認為是最近幾十年來(lái)合金化理論的三大突破之一。高熵合金具有高強度,高室溫韌性,耐磨損性、抗氧化性、耐腐蝕性和熱穩定性等一系列優(yōu)異性能。


    難熔高熵合金定義


           高熵合金(high-entropy alloys,HEAs)是由五種以上主要元素組成,且每種主元的原子分數在5%~35%范圍內的一種新型合金,被認為是最近幾十年來(lái)合金化理論的三大突破之一。高熵合金具有高強度,高室溫韌性,耐磨損性、抗氧化性、耐腐蝕性和熱穩定性等一系列優(yōu)異性能。

    難熔高熵合金(refractory high entropy alloys,RHEAs)是以熔點(diǎn)高于1650 ℃的難熔金屬元素為主元的一種新型高熵合金。難熔高熵合金因大多數組成元素為高熔點(diǎn)元素,具有較高的熔點(diǎn),表現出優(yōu)異的高溫性能,同時(shí)合金具有高熵合金的特性,成為非常有潛力的高溫合金之一。


    制備方法


           難熔高熵合金主要分為三種類(lèi)型:塊體、涂層和薄膜。目前制備難熔高熵合金的方法主要為真空電弧熔煉、粉末冶金、真空磁控濺射、激光熔覆等方法。不同類(lèi)型難熔高熵合金的制備方法及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。


    高溫力學(xué)性能


           難熔高熵合金作為由高熔點(diǎn)元素組成的高性能合金,高溫力學(xué)性能(高強度)尤為突出,有望作為航空航天發(fā)動(dòng)機和渦輪葉片的高溫合金材料候選。如圖2所示,相比于難熔高熵合金,傳統高溫合金Inconel 718和Haynes 230在800 ℃ 以上時(shí),其抗壓強度出現明顯的下降。當溫度高于 900 ℃時(shí),難熔高熵合金的抗壓強度均大于傳統高溫合金,表現出優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。


    高溫力學(xué)性能


           難熔高熵合金作為由高熔點(diǎn)元素組成的高性能合金,高溫力學(xué)性能(高強度)尤為突出,有望作為航空航天發(fā)動(dòng)機和渦輪葉片的高溫合金材料候選。如圖2所示,相比于難熔高熵合金,傳統高溫合金Inconel 718和Haynes 230在800 ℃ 以上時(shí),其抗壓強度出現明顯的下降。當溫度高于 900 ℃時(shí),難熔高熵合金的抗壓強度均大于傳統高溫合金,表現出優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。


    結束語(yǔ)


           難熔高熵合金作為潛在高溫承重結構、高溫耐熱涂層材料,可以在石油化工、航空航天等領(lǐng)域廣泛使用,未來(lái)有著(zhù)巨大的應用潛力。目前人們對難熔高熵合金的研究還處于初始階段,作為一個(gè)材料研究的新興領(lǐng)域,難熔高熵合金有著(zhù)很高的研究?jì)r(jià)值與廣闊的應用前景。



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