高熵合金(High-Entropy Alloys)簡稱HEAs.是一類具有性能的新型材料，以其的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)受到科學(xué)界廣泛關(guān)注.高熵合金是由五種以上元素，每種元素的原子分?jǐn)?shù)在5%到35%之間，各元素原子隨機(jī)占據(jù)一個(gè)晶格點(diǎn)位的晶體.已經(jīng)報(bào)道的典型合金有：葉均蔚等發(fā)現(xiàn)的以CoCrCuFeNi為代表的面心立方固溶體結(jié)構(gòu)的合金；張勇等發(fā)現(xiàn)的以A1CoCrFeNi為代表的體心立方固溶體結(jié)構(gòu)的合金.如今，高熵概念被廣泛應(yīng)用于各種材料，如氧化物、硫族化合物和鹵化物.高熵態(tài)產(chǎn)生了多種改進(jìn)功能：如熱電性能、磁熱效應(yīng)、催化效應(yīng)等

高熵合金的應(yīng)用

1.高溫性能的應(yīng)用

無論何種類型,熱機(jī)的效率隨著溫度的升高而增加.如核能、燃煤和燃油等發(fā)電行業(yè)中，工作溫度的升高可以降低燃料消耗、污染和運(yùn)行成本.在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)中，工作溫度的增加可使性能改進(jìn)，例如更重的有效載荷、更大的速度和更大的范圍的組合等.目前發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件材料的開發(fā)還是集中在Ni基高溫合金材料上，但由于其初始熔點(diǎn)大約在1300℃,鎳基高溫合金適用于溫度僅在1160~1277℃之間.因此，開發(fā)具有更高溫性能的發(fā)動(dòng)機(jī)部件材料變得至關(guān)重要.試驗(yàn)表明這兩種耐火HEAs在1600℃時(shí)的屈服強(qiáng)度超過400MPa,這遠(yuǎn)Inconel 718 Ni 基高溫合金在1000℃的屈服強(qiáng)度(低于200MPa).熱機(jī)的開發(fā)需要進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)部件材料的高溫性能.與Ni基高溫合金相比，HEAs在高溫下具有更高的穩(wěn)定性、更低的成本和密度、正的晶格失配，這表明這些合金由于具有吸引人的高溫機(jī)械性能，有可能取代Ni基高溫合金作為下一代高溫材料.

2.斷裂韌性的應(yīng)用

材料的斷裂往往關(guān)乎著安全的問題,一般來說，根據(jù)失效應(yīng)變可以分為脆性和韌性斷裂.脆性斷裂沒有塑性變形的跡象，通常以災(zāi)難性方式發(fā)生，開發(fā)具有性能的新型金屬材料具有重要意義.據(jù)報(bào)道，當(dāng)溫度從298K下降到77K時(shí)，CrMnFeCoNi高熵合金的斷裂韌性幾乎保持恒定，而CrCoNi高熵合金的斷裂韌性略微增加.在這些HEAs中，沒有出現(xiàn)像鋼、非晶合金、鎂合金、多孔金屬和納米金屬等許多傳統(tǒng)合金那樣尖銳的韌脆轉(zhuǎn)變，這表明這些合金可能是極端寒冷條件下應(yīng)用的優(yōu)良候選材料，例如，用于船體、飛機(jī)和低溫儲存罐的材料等.

3.耐腐蝕性的應(yīng)用

我國每年因腐蝕而引起的材料浪費(fèi)極其嚴(yán)重,研究和開發(fā)具有耐腐蝕性較好的材料對資源的節(jié)省具有重要意義.Zhang等通過激光表面合金化方法，在304不銹鋼上制備了具有良好冶金結(jié)合性能的FeCoCrAlNi涂層，試驗(yàn)結(jié)果表明FeCoCrAlNi涂層的顯微硬度是304不銹鋼的3倍，在3.5%的NaCl溶液中，其抗空蝕性能是304不銹鋼的7.6倍左右，電流密度比304不銹鋼降低了一個(gè)數(shù)量級.Ye等采用激光表面合金化的方法制備了CrMnFeCoNi涂層，并在3.5%的NaCl和0.5mol/L H2SO4溶液中進(jìn)行了電位動(dòng)態(tài)極化試驗(yàn)，結(jié)果表明HEAs涂層的耐蝕性能均優(yōu)于A36鋼基體，腐蝕電流甚至低于304不銹鋼.高熵合金作為一種新開發(fā)的多主元合金，了基于單一多數(shù)主體元素的傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)限制，具有提高耐腐蝕性的潛力.這表明這些具有的內(nèi)在耐腐蝕性的新型合金，在惡劣環(huán)境的應(yīng)用中具有的經(jīng)濟(jì)和安全益處.

高熵合金的綜合性能使得其適用范圍寬廣.高熵合金軟磁性能，且在力學(xué)性能、加工性能上優(yōu)于現(xiàn)有常規(guī)軟磁材料；高熵合金高溫穩(wěn)定性、高溫抗氧化性，可以應(yīng)用在極端環(huán)境中；高熵合金具有高硬度、高強(qiáng)度特點(diǎn)，可用作硬質(zhì)刀具涂層；除此之外，高熵合金還可以用作光熱轉(zhuǎn)換材料、輕質(zhì)合金材料、模具材料等.高熵合金可廣泛應(yīng)用在電機(jī)、變壓器、機(jī)床工具、消費(fèi)電子、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、噴氣飛機(jī)引擎、核聚變等眾多領(lǐng)域.

高熵合金的非晶形成能力較強(qiáng),某些高熵合金能在鑄態(tài)組織中形成非晶相.而傳統(tǒng)合金要獲得非晶組織，需要的冷卻速度將液態(tài)原子無規(guī)則分布的組織保留到室溫.非晶態(tài)金屬的研究是近年來才興起的，由于結(jié)構(gòu)中無位錯(cuò)，具有很高的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐蝕性及特殊的磁學(xué)性能等，應(yīng)用也極為廣泛.制備非晶態(tài)高熵合金無疑將進(jìn)一步擴(kuò)大高熵合金的應(yīng)用領(lǐng)域.高熵合金的種類繁多，其顯微結(jié)構(gòu)和性能具有很高的研究價(jià)值.高熵效應(yīng)是調(diào)控其顯微組織和結(jié)構(gòu)的主要因素.目前這一領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)發(fā)展到了7個(gè)合金系列，每個(gè)合金系列包括6-7元素，已經(jīng)產(chǎn)生了超過408種新合金.在這408種合金中含有648種不同的微觀結(jié)構(gòu).研究發(fā)現(xiàn)，合金元素?cái)?shù)量和加工條件對其顯微結(jié)構(gòu)有顯著的影響.不同結(jié)構(gòu)的高熵合金，呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)性能和功能特點(diǎn).高熵合金特的結(jié)構(gòu)和廣泛合金種類，為其結(jié)構(gòu)化應(yīng)用和功能化應(yīng)用提供了基礎(chǔ).

人們設(shè)計(jì)了各種同時(shí)包含軟相與硬相的共晶高熵合金，其中軟相通常為γ型高熵固溶體，可以為合金提供塑性；而硬相有β相、Laves相、CoMo2Ni相等，其與軟相的界面可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起到強(qiáng)化作用。雙相高熵合金在凝固過程中直接形成同時(shí)具有軟硬兩相的原位復(fù)合材料，利用界面強(qiáng)化，共晶高熵合金通常具有的室溫、中溫強(qiáng)度以及塑性，并具有密度低、組織穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，使其在中溫應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)摿Α?br/>
難熔高熵合金作為高熵合金中較為特的種類，由熔點(diǎn)1650 ℃的鈮、鉭、鎢、鋯等難熔金屬元素組成。從其定義可知難熔高熵合金的熔點(diǎn)，因此具有較高的高溫強(qiáng)度。除了高熔點(diǎn)之外，難熔高熵合金還具有特的高溫強(qiáng)化機(jī)制