作為保溫鋼管的核心效應之一,緩慢擴散效應是非常重要的。高熵合金優(yōu)異的高溫強度、高溫相穩(wěn)定性以及納米晶的產(chǎn)生都是緩慢擴散效應的作用,并且已利用此效應進行擴散膜、高熵合金涂層包覆等的研究。盡管高熵合金的緩慢擴散效應具有重要的科學價值和科研意義,但是關(guān)于這方面的直接研究十分有限。關(guān)于高熵合金擴散系數(shù)和激活能的研究成果鮮有報道,有關(guān)高熵合金擴散機制的研究仍缺乏數(shù)據(jù)。雖然已有數(shù)據(jù)證明元素在高熵合金的擴散系數(shù)小于在傳統(tǒng)合金中的擴散系數(shù),但是與吉布斯-杜亥姆方程和愛因斯坦-斯托克斯方程的分析結(jié)果相反。目前,很多研究學者提出了對高熵合金遲滯擴散現(xiàn)象的質(zhì)疑。有研究表明高熵合金具有緩慢擴散效應,該效應導致合金中原子在動力學上遲滯,并通過研究擴散系數(shù)在高熵合金和傳統(tǒng)合金的差異證明了高熵合金的遲滯擴散效應。但是,對于高熵合金的遲滯擴散效應仍存在爭議,如按照吉布斯-杜亥姆方程和爰因斯坦-斯托克斯方程,合金中熵值高會導致原子高速擴散,這就與高熵合金的緩慢擴散效應相悖。盡管高熵合金領(lǐng)域已碩果累累,研究深度和系統(tǒng)性也在增加,僅有的關(guān)于高熵合金擴散系數(shù)與傳統(tǒng)合金及純金屬擴散系數(shù)的對比的報道是葉均蔚課題組在2013年發(fā)表的。由于高熵合金有至少5種主要元素,原子周圍的元素種類較傳統(tǒng)合金復雜,很難區(qū)分合金中的溶劑與溶質(zhì),故對高熵合金擴散系數(shù)及激活能的測定難度很大,這也是其擴散機制了解不透徹且存在爭議的原因所在。葉均蔚教授和張勇教授認為,包括保溫鋼管擴散機制在內(nèi)的幾個問題是亟待解決的重要理論問題,這些問題的解決將能更充分地從理論方面來解釋高熵合金異于(優(yōu)于)傳統(tǒng)合金的原因。高熵合金被認為是近幾十年來的合金設(shè)計理論三大突破之一。
由于高熵合金的組分較多,并且可以通過對元素的適當調(diào)節(jié)即可開發(fā)大量、新的合金體系,是個可合成、可分析與控制的新領(lǐng)域。同時,高熵合金的特點也在許多方面影響其物理冶金的過程,在熱力學方面高熵效應促進固溶相的形成,影響微觀結(jié)構(gòu)和組織。緩慢擴散效應降低了擴散速度和相轉(zhuǎn)化率,從而影響相變動力學。嚴重的晶格畸變效應不僅影響高熵合金的變形過程,也與其微觀組織、結(jié)構(gòu)、各種性能之間有密切聯(lián)系,但也影響了熱力學和動力學。雞尾酒效應是考慮元素組成、結(jié)構(gòu)和微觀組織對性能整體效果的影響。通過傳統(tǒng)熔煉、鍛造、粉末冶金等方法制備塊體、涂層和薄膜,從而獲得高硬度、耐高溫、抗氧化和抗腐蝕等綜合性能優(yōu)異的高熵合金材料。具體來說,高熵合金可應用于以下方面。高熵合金具有很高的耐高溫性、耐蝕性及耐磨性,可用于制造渦輪葉片。保溫鋼管良好的塑性使其易于制成渦輪葉片,而其優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、高加工硬化率及耐高溫性能,可保證渦輪葉片長期、穩(wěn)定地工作,提高服役安全性,減少葉片的磨損和腐蝕失效。高熵合金在獲得高硬度的同時,具有較好的塑性、韌性。
例如,o。Feconicrcu經(jīng)50%壓下率冷壓(即冷壓合金時的塑性變形量達到50%)后,非但沒有出現(xiàn)任何裂紋,反而在枝晶內(nèi)部出現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu),大小約數(shù)納米到數(shù)十納米,合金硬度得到進一步提升,故而高熵合金應用于高速切削刀具的制造具有明顯的優(yōu)勢。高熵合金具有軟磁性及高電阻率,因而在高頻通信器件中有很大的應用潛力??捎糜谥谱鞲哳l變壓器、發(fā)動機的磁芯以及磁屏蔽、磁頭、磁光碟、高頻軟磁溥膜以及喇叭等。隨著航空航天領(lǐng)域的發(fā)展以及對高性能材料的迫切需求,以及手機、電腦等3C產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,關(guān)于輕質(zhì)高熵合金的研究需要投入更多的關(guān)注。難熔高熵合金以其優(yōu)異的耐高溫性能作為耐熱涂層已經(jīng)吸引了科研工作者的投入研究,目前關(guān)于難熔高熵合金的報道相對較少。未來需要建立起難熔高熵合金的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,系統(tǒng)地研究其在高溫時的變形機制。
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