高熵合金简介

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1、高熵合金的特点及其制备技术摘要：高熵合金是2004年由叶均蔚提出的一种新的合金设计方法，在过去的10多年里，被广泛的研究，取得了相当多的研究成果。高熵合金由多种含量相近的主元混合而成，由于主元数增多，混合熵增加，混产生独特的高熵效应，并抑制金属间化合物和其他有序相的生成。高熵合金的强化机制以固溶强化为主，部分高熵合金还存在第二相弥散强化。高熵合金的制备方法主要是真空电弧熔炼，还有很多新的制备方法有待探究。关键词：高熵合金高熵效应强化机制制备方法传统的合金都是基于一种或者两种金属为主体，通过添加其他合金元素来获得所需要的性能。即使是大尺寸非晶材料，其设计理念也是以多种元素构成基

2、体再添加其他合金元素。在2004年的时候，叶均蔚提出了一种新的合金设计理念——多主元高熵合金，这种合金一般含有五种或五种以上的合金元素，且每种合金元素含量都在5%以上，没有任何一种元素占[1][2]绝对多数。一、高熵效应按照传统的经验，合金元素在合金中的固溶量是有限的。随着合金元素含量的增加，合金中出现复杂结构的金属间化合物及复杂相，这容易使合金的脆性增加。但是在高熵合金中，尽管添加了如此多的合金元素，其晶体结构依然能够维持相对简单的FCC或BCC固溶体结构，同时还具有很多优于传统合金的独特性能，而这一切都得益于于高熵效应。在高熵合金中，当元素数目较多而导致合金系统根据玻尔兹

3、曼熵的计算公式：S=klnΩ，熵值取决的混合熵高于形成金属间化合物的熵变时,高熵效应于体系的混乱程度。当各种元素以等原子比混合时，就会抑制金属间化合物的出现，而促使元素间的混合，其混合熵的计算公式：ΔS=Rln(n)，其混合熵ΔS值随最终形成体心立方结构（BCC）或面心立方结构（FCC）元素种类数量的增加而增加。当n=2时，ΔS=0.693R；[1][2]等较为简单的结构。当n=5时，ΔS=1.61R；当n=6时，ΔS=1.79R。当n大于5时，这一值已经和很多金属间化合物的形成焓与形成温度的比值（ΔH/Tm）接近。而根据Gibbis自由时，由于多种原子形成混乱的固溶体，扩散

4、激活能很能公式：ΔG=ΔH-TΔS，是否形成金属间化合物取决于高，可以严重的阻碍扩散过程，因此当加热时，高熵前一项与后一项的竞争，即形成金属间化合物还是形合金能够保持其结构的稳定性。例如成混乱的固溶体哪一个可以让ΔG的值更负。当形成AlCrCoFeNiMoTi0.75Si0.25高熵合金在1000℃退火后依金属间化合物时，体系变得有序，尽管可以让其ΔH然保持原来的BCC结构，没有新相析出（图2），硬度[9]得到释放，但是会让体系的ΔS减小；而如果形成混从553HV稍微降低至408HV。乱的固溶体，原子间保持无序的状态，则主要靠较大的ΔS值来使ΔG保持更负的状态。因此当主元数超

5、过5时，混合熵的影响将变得明显，合金在一般冷却条件下依然可以保持无序的状态，从而得到一个具有简单结构的额固溶体。当然高熵效应对金属间化合物或者有序相的抑制作用是有限的，当元素的混合焓非常负的时候（如：NiAl、TiAl以及Si化合物），就会脱离混合熵的抑制。很多研究中都有出现金属间化合物等有序相的报道。如CanHuang等人利用激光熔覆法制备的TiVCrAlSi高[5][6]熵合金图层中形成了(Ti,V)5Si3；YanPingWang等人证实在AlCrFeCoNiCu高熵合金中的有序BCC相为NiAl金属间化合物[7]；张勇等人还探究了高熵合金形[4]成固溶体的条件。O.N

6、.Senkov等人制备的近似等摩尔比W-Nb-Mo-Ta和W-Nb-Mo-Ta-V高熵合金，通过将多种高熔点金属混合，从而得到了更好的高温性能。这二、高熵合金的性能特点两种高熵合金在1600℃下屈服强度都超过400Mpa，[10][11]（1）、强化机制远高于作为比较的两种超耐热合金，（图3）。高熵合金的主要强化机制为固溶强化。高熵合金一般会形成简单结构的固溶体，大量不同种类的原子相互固溶，会导致严重的晶格畸变，从而产生很强的固溶强化效应。根据热处理条件的不同，高熵合金在冷却或退火过程中，还可能生成一定量的金属间结构相，纳米相，非晶相等，这些第二相一般尺寸很小，并且弥散分布，

7、可以产生第二相弥散强化作用。（2）、高强度和高硬度大量固溶原子产生晶格畸变，阻碍位错运动，使得高熵合金具有很高的硬度和强度。例如叶均蔚在2004年制备的AlCrFeCoNiCu高熵合金其硬度就可达500Hv，[1]同时抗拉强度高达1200MPa；而利用激光熔覆法制备的TiVCrAlSi高熵合金涂层其硬度高达800Hv，同时[5][6]具有良好的耐蚀性能。（5）、耐腐蚀性：高熵合金含有大量的Cr、Co等元（3）、高耐磨性：高熵合金的一系列强化效应使其具素，使其具有很强的耐蚀性能。同时，高熵合金枝晶有较好的