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、污染和運行成本.在噴氣發(fā)動機工業(yè)中，工作溫度的增加可使性能改進，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)動機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)動機部件材料變得至關(guān)重要.試驗表明這兩種耐火HEAs在1600℃時的屈服強度超過400MPa,這遠Inconel 718 Ni 基高溫合金在1000℃的屈服強度(低于200MPa).熱機的開發(fā)需要進一步改善發(fā)動機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)報道，當溫度從298K下降到77K時，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極其嚴重,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溶液中進行了電位動態(tài)極化試驗，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、高強度特點，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、變壓器、機床工具、消費電子、發(fā)動機葉片、噴氣飛機引擎、核聚變等眾多領(lǐng)域.

高熵合金中常含有多種合金成分，既有活潑的鋁、鈦、鉻等元素，又有鈮、鉭、鎢、鉬等難熔金屬，有些還會加入鋯、硼、碳等微量元素。在高溫環(huán)境下，合金元素容易發(fā)生選擇性氧化或加速氧化，形成氧化物。高熵合金在高溫下的抗氧化性能并沒有顯著優(yōu)勢。