Metallurgical Engineering 冶金工程, 2018, 5(1), 17-24
Published Online March 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/ca3803851.html,/journal/meng
https://https://www.doczj.com/doc/ca3803851.html,/10.12677/meng.2018.51003
Research Status of High Entropy
Alloy Performance
Lijuan Lan, Yingying Gu, Tianjiao Pu, Heguo Zhu*
School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu
Received: Feb. 22nd, 2018; accepted: Mar. 8th, 2018; published: Mar. 19th, 2018
Abstract
Due to its high strength, high hardness, excellent wear and corrosion resistance, good thermal stability at high temperatures and high oxidation resistance properties, high-entropy alloy is a new alloy with great development potential in areas such as aerospace and electronic communi-cation. Research status on the properties of high-entropy alloys is reviewed, including mechanical properties, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance. Main effective factors on properties are separately discussed, with alloy elements, preparation process, plastic deforma-tion and alloy ratio included. The deficiencies existed in high-entropy alloys’ researches are sum-marized. The prospects of the properties of high-entropy alloys are also proposed.
Keywords
High Entropy Alloy, Mechanical Properties, Corrosion Resistance, Oxidation Resistance
高熵合金性能的研究现状
兰利娟，顾莹莹，濮天姣，朱和国*
南京理工大学材料科学与工程学院，江苏南京
收稿日期：2018年2月22日；录用日期：2018年3月8日；发布日期：2018年3月19日
摘要
高熵合金是一种新型合金，具有高的强度与硬度、优异的耐磨性与耐腐蚀性及强的热稳定性和抗氧化性*通讯作者。
兰利娟等
等特点，在航空航天、电子通信等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了高熵合金的力学性能、耐腐蚀性能及其高温氧化性能的研究现状，分别讨论了性能的主要影响因素：合金元素、制备工艺、塑性变形及合金配比等，指出高熵合金性能研究中的不足，并对高熵合金性能研究的方向提出了展望。
关键词
高熵合金，力学性能，耐腐蚀性，氧化性
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
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1. 引言
随着现代科学技术的蓬勃发展，由一种或两种金属为主元的传统合金所具有的局限性越来越明显。
传统合金由于主元个数的限制，即便加入多种元素也难以显著地优化合金性能，满足现代工业的需要。
叶均蔚[1]等在20世纪90年代提出了高熵合金概念。含有多主元的高熵合金因其优越的力学性能、耐腐蚀性和抗高温氧化性[2][3][4][5][6]等特点，且能够通过合理的元素设计和制备方法满足一些特殊工作条件下的需要，作为一个材料研究的新兴领域，受到了研究学者的广泛关注，其应用前景十分广阔。
混合熵[7](Mixing entropy)是高熵合金区别于传统合金的重要热力学特征。由吉布斯自由能定律
?=???
G H T S
(ΔG为自由能变化，H为混合焓，T为热力学温度，S为混合熵)可知，由于高熵合金具有较高的混合熵，能够降低系统的自由能，很大程度上抑制了金属间化合物的形成，使得合金在凝固时更容易形成固溶体而不是金属间化合物[8]。高熵合金通常由5~13种元素组成，且每种元素的质量分数控制在5%~35%之间，每种元素均可称为主元。随着合金主元数目的增加，合金组织呈现由树枝晶向等轴晶转变的趋势
[9]。研究表明[10]，高熵合金拥有简单的晶体结构(BCC，FCC或者BCC + FCC)以及优良的力学、物理
和化学性能。
通过添加不同种类和数量的元素，改变合金内部的混合熵大小，可以获得具有某些特殊性质的合金。
多组元高熵合金在成分方面带来的性能优化非常值得关注。此外，不同的制备工艺，也会对高熵合金的性能产生影响[11][12]。
2. 高熵合金的性能
高熵合金的性能主要有耐腐蚀性、力学性能、高温氧化性、软磁性等，本文主要综述其耐腐蚀性、力学性能及高温氧化性的研究现状。
2.1. 力学性能
2.1.1. 拉伸与压缩性能
高熵合金是一种“超级固溶体”，因此固溶强化效应会异常强烈，在合金为结晶相时，大量的固溶原子能够阻碍位错运动，从而形成高强高硬固体。高熵合金组元众多，扩散时各元素配合扩散，使新相难以长大，因此常有纳米相析出，这又能进一步增强合金的强度。当高熵效应使得合金内的混乱度过高而形成非晶相时，由于无位错存在，则固体的强度更高。除此之外，特定主元的高熵合金具有极高的屈
兰利娟等
服强度、断裂强度、塑性变形和加工硬化能力，甚至超过大部分高强度合金[13]，其影响的因素主要有合金配比、热处理等。
1) 合金配比
近年来，AlCoCrCuFeNi系高熵合金得到了深入研究。其中Al含量的不断变化对力学性能的影响研究尤为深入。刘源等[14]研究了不同Al含量的Al x CoCrFeNi多主元高熵合金的微观组织和力学性能。结果表明：随着Al含量的增加，合金的硬度HV从1530 MPa 提高到7350 MPa，相应地，合金由塑性材料变为中低温脆性材料。温丽华等人[15]对其研究表明：随着Al含量的增加，FCC相含量减少，BCC相含量增多，从而导致Al x CoCrCuFeNi具有较高的屈服强度，且塑性应变量超过5.8%。刘亮等[16]对其研究则发现，随Al含量的增加，组织形貌由树枝晶形貌向等轴晶形貌转变，合金的硬度也显著增加；在Al X CoCuFeNi合金中，Al1CoCuFeNi合金具有最佳的室温压缩性能，抗压强度及压缩率分别为1548 MPa 和8.9%。
Zhao等[17]对Ti0.5AlCoFeNiCr x高熵合金研究发现：适量的Cr元素能显著提高合金的室温压缩力学性能，其中Cr0.5具有最好的压缩力学性能，其压缩强度和塑性变形分别达到了2692 MPa和19.39%。Cai 等[18]研究了不同B含量的A10.5CoCrFeNiB x高熵合金，结果表明随着B含量的增加，其抗拉强度提高，而延伸率下降。当B含量增至X = 0.3时，合金发生早期脆性断裂而使抗拉强度下降。
另外，?ukaszRogal等[19]研究发现在CoCrFeMnNi高熵合金中加入5 wt%的SiC颗粒后，室温下CoCrFeMnNi高熵合金表现出非常强的硬化效果，压缩强度达2660 MPa，屈服强度达1180 MPa。而?ukasz Rogal等[20]在CoCrFeMnNi高熵合金中插入Al2O3纳米颗粒后同样发现：CoCrFeMnNi高熵合金表现出很强的硬化效果，抗压强度为2660 MPa，屈服强度为1180 MPa。塑性高达34.5%，5% Al2O3纳米颗粒添加后其屈服强度显著提高，达1600 MPa。
2) 热处理
对合金进行一些热处理，比如退火、淬火和时效等处理都会改变其力学性能。黄祖凤等[21]研究了退火对FeCoCrNiB高熵合金涂层组织结构与硬度的影响。900?C或1000?C退火后，块状组织硬度达1188 HV，涂层具有较好的耐高温软化性能，硬度仅分别下降约7%和9%。Tang等[22]对Al0.5CoCrFeNiB0.2高熵合金组织的热处理研究表明：退火和淬火热处理均可强化合金。其中，经800?C × 10 h退火后，合金室温抗拉强度由铸态的850 MPa提高到1232 MPa；经1000?C × 10 h淬火后，合金塑性及强度均优于铸态合金，尤其是塑性显著提高。唐群华等[23]对Al0.5CoCrFeNi高熵合金经不同温度时效处理24 h后的微观组织和力学性能进行了研究，结果显示时效处理能显著提高合金的抗拉强度。
2.1.2. 磨损性能
由于高熵合金具有固溶强化、沉淀强化、第二相强化等多种强化机制使高熵合金具有很高的强度和硬度。材料的耐磨性与维氏硬度有关[24][25]，一般认为材料的硬度越高耐磨性越大[26]，有些合金的硬度与耐磨性还呈线性关系[27]。通常高熵合金具有优异的耐磨性能[28][29]。其影响因素有多种，主要有合金元素、制备工艺、外加的陶瓷相、介质及塑性变形等。
1) 合金元素
加入合金元素可与高熵合金基体形成共格或非共格的析出相，改变了晶体的简单体心立方或者面心立方结构相组成，合金含量的改变可改变高熵合金的磨损机制，从而影响高熵合金的耐磨性[30]。
谢红波等[31]采用非自耗电弧熔炼炉制备了Al x FeCrCoCuV多组元高熵合金，当x = 0时，合金为单一的BCC相，硬度最大，最耐磨，随着Al元素的加入，x = 0.5和1.0时，合金由单一的BCC相转变为由BCC和FCC的双相系统，硬度和耐磨性均降低。但Al元素严重的晶格畸变导致的固溶强化增强了合
兰利娟等
金的硬度和耐磨性。随着摩擦的进行，合金的摩擦磨损机制由黏着磨损向氧化磨损机制转变。叶海梅等
[30]用真空电弧熔炉制备了CrCuFeNiVTi x高熵合金，随Ti含量增加，合金由FCC + BCC结构转变为BCC
结构。由合金的磨损形貌可知，x = 0.5合金同时发生了较严重的颗粒磨损和黏着磨损。随着Ti含量的增加，x = 1.0的颗粒磨损减弱，变成以黏着磨损为主；x = 1.5和x = 2.0则主要发生黏着磨损。随着Ti含量的增加，CrCuFeNiVTi x高熵合金耐磨性提高。
2) 制备工艺
卢易枫等[32]分别采用常规浇注和机械振动辅助浇注制备了铸态FeCoCuNi高熵合金，通过测试分析发现：机械振动辅助浇注使合金组织细化、元素偏析减少，耐磨性能明显提高。Huang Can等[33]利用激光加热在Ti-6Al-4V合金基体上获得了裂纹和缩孔较少的TiVCrAlSi高熵合金涂层，且涂层与衬底结合良好，涂层组织由韧性较高的BCC基体和高硬度分散的(Ti, V)5Si3析出物组成，提高了Ti-6Al-4V合金的耐磨性。
3) 陶瓷颗粒
激光熔覆目前已成为制备高熵合金的新型方法之一[34]。张琪等[35]向激光熔覆FeCoCrNiB高熵合金涂层中加入陶瓷颗粒WC后发现：未加WC时，涂层由条状M3B相和集体FCC两相组成。当WC的含量为5%时，涂层中出现M3C相，涂层由M3B相、FCC相和M3C组成。当WC含量为10%时，涂层结构发生较大变化，变为枝晶结构，其中枝晶对应M23(C, B)6相，枝晶间由网状M7(C, B)3相和FCC相组成。
WC含量为20%时，涂层仍为枝晶组织，枝晶对应M23(C, B)6相，枝晶间中网状组织消失，枝晶间为FCC 相。随着WC含量的增加，涂层的耐磨性能提高。安旭龙等[36]在FeSiCrCoMo高熵合金涂层中添加WC 后，发现涂层中形成了致密细小的胞状晶，同时BCC相增多，金属间化合物明显减少；WC的添加使得涂层的摩擦系数减小，磨损率减小，耐磨性能提高。
4) 介质
史一功[37]等人研究了AlCoCrFeNiCu高熵合金/GCr15摩擦副在H2O2介质及去离子水中的摩擦磨损行为。试验发现高熵合金与CGr15摩擦副的摩擦系数和磨损量均随H2O2浓度的升高而减小，且高熵合金在H2O2介质中的磨损量远小于纯水中的磨损量。高熵合金在去离子水中以严重的黏着磨损为主，在30%和60%H2O2介质中，磨损机制转变为氧化磨损、颗粒磨损和黏着磨损的综合作用，在高浓度H2O2 (90%)中，高熵合金的磨损表面仅有很浅的犁沟，磨损程度明显降低。胡成平[38]等人研究发现在高浓度(90%)过氧化氢中高熵合金AlCoCrFeNiCu与氮化硅、碳化硅陶瓷组成滑动摩擦副具有良好的摩擦磨损性能，尤其与Si3N4陶瓷配副时摩擦学性能最优。
5) 塑性变形
范太云[39]等人通过真空电弧熔炼制备了Al0.5FeCoCrNi高熵合金，采用轧制方法获得轧制变形量分别为30%、60%和90%的塑性变形合金，塑性变形后合金的枝晶相被压扁拉长，枝晶间相沿轧制方向被拉长。根据Lim等[40][41]的推导可知，随着合金轧制变形量的增加，摩擦系数也随之加大，耐磨性下降。另外合金由于变形而产生的残余应力也会降低合金的磨损性能[42]。
6) 固体润滑剂
Aijun Zhang等[43]以CoCrFeNi 高熵合金作为基质，加入Ag和BaF2/CaF2共晶用作固体润滑剂，当温度在室温到800?C之间，其磨损率均低于10?5mm3/N?m，摩擦性能高于CoCrFeNi高熵合金和常规高温自润滑材料。室温到400?C时，金属Ag对润滑起主要作用，而在400?C~800?C时，Ag，BaF2/CaF2共晶以及各种高温氧化物复合在合金表面起到润滑作用。另外，Aijun Zhang等[44]还发现，向CoCrFeNi 高熵合金基体中加入镀镍石墨粉和镀镍MOS2粉末也会增强其耐磨损性，从室温到中等温度，复合材料的摩擦系数和磨损率的降低主要归因于石墨和MoS2的协同润滑效应。在高温条件下，在复合材料表面形
兰利娟等
成的各种金属氧化物对提高摩擦学性能起着关键作用。
2.2. 耐腐蚀性
高熵合金具有“鸡尾酒效应”，当高熵合金中有Al、Cr、Ni等易形成致密氧化膜的元素，该合金具有良好的耐腐蚀性能[45]。添加耐腐蚀元素、对合金进行热处理也会增加合金的耐腐蚀性。另外，由于高熵合金具有较低自由能因素，也有助于提高合金耐腐蚀性。所以高熵合金通常具有优异的耐腐蚀性能。其影响因素有多种，主要有合金元素、塑性变形及热处理等。
2.2.1. 合金元素
合金元素的加入会使合金发生晶格畸变、生成更多晶界或抑制钝化等现象影响高熵合金的耐腐蚀性能。当高熵合金含有耐腐蚀元素Al、Cr、Ni等时，这些元素能够在金属表面形成氧化膜，提高合金的耐腐蚀性能。
谢红波等[46]对铸态AlFeCrCoCuZr x (x = 0, 0.5, 1)高熵合金在3.5% NaCl溶液中的耐腐蚀性能进行了研究，发现Zr的加入降低了合金的耐腐蚀性。一方面Zr使得晶粒细化，合金晶界增加，界面增多，另一方面，Zr的原子半径很大，添加以后会发生严重的晶格畸变，使合金在凝固过程中晶界处产生了大量的空位、位错和晶界偏析等缺陷，从而降低了合金的耐腐蚀性能。徐右睿[47]的研究指出，过量Cu元素的添加不利于钝化发生，钝化点位区间会变小。李伟[48]等研究不同Ti含量的AlFeCuCoNiCrTi x在0.5 mol/L H2SO4溶液和1 mol/L NaCl溶液中的电化学性能，得出Ti0.5、Ti1.0、Ti1.5三种合金在0.5 mol/L H2SO4溶液中Ti1.5有最优异耐腐蚀性，在1 mol/L NaCl溶液中Ti0.5耐腐蚀性最好。接着对Al x FeCoNiCrTi系高熵合金的电化学性能研究[49]的极化结果表明，Al1相较于Al0.5、Al1.5、Al2.0以及AlFeCuCoNiCrTi1.5在0.5 mol/L H2SO4溶液中具有最优异的综合耐腐蚀性能。Al1相较于Al0.5、Al1.5、Al2.0以及AlFeCuCoNiCrTi0.5在1 mol/L NaCl溶液中具有最优异的耐腐蚀性能。
2.2.2. 塑性变形
黄艺娜等[50]对Al0.3CoCrFeNi高熵合金进行不同形变量(30%, 60%, 90%)的轧制变形，发现随着轧制变形量的增加，Al0.3CoCrFeNi高熵合金在NaCl溶液中的耐腐蚀性能逐渐降低。说明轧制变形形变量越大，晶粒形状越扁，即晶粒长径比越大，垂直于轧制方向的应力腐蚀抗力越低[51]。
2.2.
3. 热处理
温鑫[52]等人采用真空热压烧结技术制备了NiCrCoTiV高熵合金，并在不同温度下对其进行18 h保温热处理，发现随温度升高，合金的扩散系数增大，组织更加均匀，合金中先共析相与共晶组织间的应变能得到释放，减少了缺陷的产生，增强了高熵合金的耐腐蚀能力。
2.3. 高温氧化性能
高熵合金还表现出优异的高温氧化性能。洪丽华[53]对Al x Co y Cr z FeNi (x, y, z表示元素摩尔数，x = 0.5，1, 1.5; y = 1, 1.5, 2; z = 1, 1.5, 2)高熵合金的抗高温氧化性能进行了研究，发现该合金在800?C、900?C、1000?C时抗高温氧化性能较好，属于抗氧化级。在1100?C时氧化物脱落严重，失去抗高温氧化性能。Zhang等[54]研究Al0.5FeCoCrNi，Al0.5FeCoCrNiSi0.2和Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金(下标均表示摩尔比)三种高熵合金的抗氧化性能表明，三种高熵合金在900?C下均属于抗氧化级。Al0.5FeCoCrNi合金和Al0.5FeCoCrNiSi0.2合金的氧化增重曲线相似，Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金的氧化增重速率较大。Al0.5FeCoCrNi，Al0.5FeCoCrNiSi0.2高熵合金表面均生成Cr2O3氧化物，内部均生成少量AlN颗粒；Al0.5FeCoCrNiTi0.5高熵合金氧化产物为CoFe2O4尖晶石氧化物及富含钛和铁的复杂氧化物，内部产生少
兰利娟等
量氮化物颗粒。吴波等[55]研究了AlCoCrFeNiTi0.5多主元高熵合金的高温氧化行为发现合金具有优异的抗氧化性，在800?C、900?C和1100?C下为抗氧化级别，而在1000?C下为完全抗氧化级别。谢红波等[56]在Al x FeCrCoCuTi高熵合金中添加了元素Al，加热到800?C以前合金的质量几乎保持不变，Al元素可以有效提高合金的抗高温氧化能力。郑必举等[57]研究了Al含量x对Al x CrFeCoCuNi (x = 0.5、2.0、4.0)高熵合金涂层的抗氧化性能的影响规律。在900?C大气气氛中，Al x CrFeCoCuNi高熵合金涂层具有较好的抗氧化性能，并随Al含量的增加而提高。Zhou等[58]将MoFeCrTiWSi x Al y高熵合金涂层在800?C氧化
40 h后，发现各涂层的高温抗氧化性能均较高，Si、Al的添加可进一步提高其高温抗氧化性能。文献[59]
运用热重分析法研究了等摩尔Mn、V、Mo、Ti、Zr元素对AlFeCrCoCu高熵合金的组织结构、硬度及抗高温氧化性能的影响规律。在加热到700?C以前，合金质量几乎保持不变，抗高温氧化性能最好，而第6元素的添加对合金的抗高温氧化能力不利。其中，V和Mo元素的加入导致其产生的对应氧化物具有易挥发特性而严重地恶化合金的抗高温氧化性能。Zhang等[60]研究发现不同Cr含量的FeCoCr x NiB涂层氧化动力学曲线基本都符合抛物线规律。随着Cr量的增加，FeCoCr x NiB涂层的氧化膜由富Fe的氧化物逐渐向富Cr氧化物转变，并最终生成稳定、连续的Cr2O3氧化膜。涂层的抗氧化性能随Cr含量的增加而增强。当Cr含量超过X=2后，FeCoCr x NiB涂层的抗氧化性能较好。
3. 展望
多主元高熵合金弥补了传统合金性能上的一些不足，国内外学者在高熵合金的成分和制备工艺上已有突破，在力学、物理、化学性能上取得了不少研究成果。然而，高熵合金的制备工艺复杂，能耗高，因此改进制备工艺，降低能耗，最终降低生产成本，方可使熵合金走出实验室，投入工业生产与应用。
高熵合金的性能还有较大的研究潜力，研究应在现有的优异性能上再寻求突破和优化。
此外，在合金元素设计方面，由于可以添加的元素种类多种多样，用量也没有严格的理论指导，单纯地研究某一元素的影响是不够全面的，几种元素共存时可能产生人们意料之外的微观结构变化，合金的稳定性也随之改变。因此，多种元素合金化及其合金元素间的协调机制值得深入研究。
基金项目
国家本科生科研训练项目(201710288071)；国家自然科学基金资助项目(51571118; 51371098)；江苏省自然基金资助项目(BK20141308)。
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多主元高熵合金的发展现状及前景 06级材料物理与化学 刘泽 摘要 多主元高熵合金又称为高混乱度合金，其是以多种金属元素皆占有高原子百分比为特点的合金，突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种新的合金设计理念。高熵合金具有许多有别于传统合金的组织和性能特点。重点介绍了高熵合金的定义、组织和性能特点及其应用，并介绍了该方向的一些研究进展。 关键词：多主元合金高熵合金组织性能 引言 到目前为止，传统合金的配方仍不脱离以1种金属元素为主的观念，人类依此观念配制不同合金，采用不同的制造加工工艺，进而应用到不同的地方，都是在这个框架下发展及改善的。另外，传统合金的发展经验告诉我们，虽然可以通过添加特定的少量合金元素来改善合金的性能，但合金元素种类的过多会导致很多化合物尤其是脆性金属间化合物的出现，从而导致合金性能的恶化，如变脆，此外，也给材料的组织和成分的控制带来很大困难，因此合金元素的种类越少所能得到的金属内部结构越单纯。但是上世纪90年代初，台湾学者提出了多主元高熵合金的概念，即：就是多种主要元素的合金。在该合金中，其中每种主要元素都具有高的原子百分比，但不超过35%，因此没有一种元素能占有5O％以上，也就是说这种合金是由多种元素集体领导而表现其特色。而且研究表明，多种主元素倾向混乱排列而形成简单的结晶相。因为没有人用过如此多种主元素做出单纯的晶体结构，所以这一发现前所未见。高熵合金拥有许多特性，而极高的硬度、耐温性以及耐蚀性是其显著特点。而高熵合金材料在铸态或是完全回火状态等工艺处理下所表现出的微结构纳米化、非晶态倾向也使得高熵合金在应用性方面有着广阔的前景。目前中国台湾清华大学正联合工研院材料所、成功大学开展高熵合金大型纳米化和非晶化的研究计划。
第１９卷第３期２Ｏｌ２年６月 金属功能材料 ＭｅｔａｌＩｉｃＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｊａｌ８ Ｖ０１．１９，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１２机械合金化制备高熵合金研究进展 陈哲１’２，陆伟１’２，严彪ｈ２ （１．同济大学材料科学与工程学院ｔ上海２０１８０４１２．上海市金属功能材料开发应用重点实验室，上海２０１８０４；） 摘要：高熵合金作为一种新型合金逐渐被人们所关注，机械合金化是一种制备先进材料的固态加工工艺，利用机械合金化制备高熵合金也为高熵合金的发展及应用开拓了广阔的领域。本文介绍了高熵合金的简单概念，并从机械合金化中的元素选择、高熵合金粉末的后处理工艺及机械合金化制备高熵合金的研究方向三个方面综述了其研究进展。 关键词：高熵合金；机械合金化；研究进展 中圈分类号：ＴＧｌ４文献标识码：Ａ文章编号：１００５—８１９２（２０１２）０３—００５１一０５ ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅＳｓｏｆＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆ ＨｉｇｈＥｎｔｒｏｐｙＡｌｌｏｙｂｙＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｌｌｏｙｉｎｇ ＣＥＨＮＺｈｅｌ”，ＬＵＷｅｉｌ”，ＹＡＮＢｉａ０１“， （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒ８ｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２．Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｈａｎｇｈａｊＫｅｙＬａｂ．ｏｆ Ｄ＆ＡｆｏｒＭｅｔａ卜ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ神ｔ：Ａ５ａｎｅｗａＩｌｏｙ。ｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌＩｏｙｈａｓｇｒａｄｕａｌｌｙａｔｔｒａｃｔｅｄ。ｕｒａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａ１１０ｙｉｎｇｉｓａｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅａｄｖａｎｃｅｄｍａｔｅｒｉａｌ．Ｓ０ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｌｌｏ—ｙｉｎｇｅｘｐａｎｄｔｈｅｆｉｅＩｄｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｊ∞ｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙ．Ｔｋｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃ矗ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙａｎｄｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｒｅｓｅａｆｃｈｐｒｏｃｅ５５ｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｔｉｎｃｌｕｄｉｌｌｇｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｐｏｓ卜ｐｒｏ—ｃｅ８ｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｏｗｄｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａＵｏｙ． Ｋｅｙ钾ｏｒ凼：ｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｌｌｏｙｉｎｇ；ｒｅｓ篦ｆｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ 传统观念的合金通常是选择一种元素或化合物作为基体，并添加其他微量元素来提高合金某个方面的性能，来满足设计者的需求。若逐渐增加其他元素的含量成为多主元合金（即含有多种元素，且每种元素的含量均占主导地位）时，会生成很多金属问化合物，合金便会具有很高的脆性，并在加Ｔ和结构分析上都会带来一定的困难。为克服这种缺陷，我国台湾学者［１］提出了高墒合金的概念，从而改变了这种传统观念。高熵合金通常含有５种或５种以上的主要元素，且每种元素的含量均在５％～３５％之问。由于具有较高的混合熵，高熵合金通常为单一的ＦＣｃ或ＢＣＣ固溶体，从而具有优良的性能，如高强度、良好的热稳定性、较高的耐磨性和耐腐蚀性等。 目前，大多数研究者都采用电弧熔炼法制备高熵合金［２￣６］，但是传统熔炼法会限制样品的尺寸与形状，并限制其进一步应用。机械合金化（ＭＡ）作为一种制备先进材料的方法，更容易得到纳米晶和非晶结构，从而进一步提高高熵合金的性能，并扩展其应用范围。 作者简介：陈哲（１９８７一），男，辽宁锦州人．硕士生，Ｂｍａｉｌ：ｗｏｒｌｄｃｚ＠ｓｉｒＩａ．ｃｏ札通讯作者：陆伟（１９８１一）。讲师．硕士生导师，Ｅ－ＩＩＩａｉｌ：ｗｅｉｌｕ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃ也 万方数据
本科生毕业设计（论文） 文献综述 题目：高熵合金退火态拉伸性能 姓名：周华 学号：20130800630 学院：材料科学与工程学院 专业：材料科学与工程（金属材料成型加工放向）指导教师：魏然 2017年1月15日
摘要 多主元高熵合金又称为高混乱度合金，其是以多种金属元素皆占有高原子百分比为特点的合金，突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种新的合金设计理念。高熵合金具有许多有别于传统合金的组织和性能特点。重点介绍了高熵合金的定义、组织和性能特点及其应用，并介绍了该方向的一些研究进展。 关键词：多主元合金高熵合金组织性能 引言 到目前为止，传统合金的配方仍不脱离以1种金属元素为主的观念，人类依此观念配制不同合金，采用不同的制造加工工艺，进而应用到不同的地方，都是在这个框架下发展及改善的。另外，传统合金的发展经验告诉我们，虽然可以通过添加特定的少量合金元素来改善合金的性能，但合金元素种类的过多会导致很多化合物尤其是脆性金属间化合物的出现，从而导致合金性能的恶化，如变脆，此外，也给材料的组织和成分的控制带来很大困难，因此合金元素的种类越少所能得到的金属内部结构越单纯。但是上世纪90年代初，台湾学者提出了多主元高熵合金的概念，即：就是多种主要元素的合金。在该合金中，其中每种主要元素都具有高的原子百分比，但不超过35%，因此没有一种元素能占有5O％以上，也就是说这种合金是由多种元素集体领导而表现其特色。而且研究表明，多种主元素倾向混乱排列而形成简单的结晶相。因为没有人用过如此多种主元素做出单纯的晶体结构，所以这一发现前所未见。高熵合金拥有许多特性，而极高的硬度、耐温性以及耐蚀性是其显著特点。而高熵合金材料在铸态或是完全回火状态等工艺处理下所表现出的微结构纳米化、非晶态倾向也使得高熵合金在应用性方面有着广阔的前景。目前中国台湾清华大学正联合工研院材料所、成功大学开展高熵合金大型纳米化和非晶化的研究计划。 1. 高熵合金发展及应用现状 高熵合金概念是在1995年由台湾学者提出，在该合金中，其中每种主要元素都具有高的原子百分比，但不超过35%，因此没有一种元素能占有5O％以上，也就是说这种合金是由多种元素集体领导而表现其特色。此合金的设计理念与传
项目名称: 高熵合金的相形成规律及组织-性能研究 推荐单位：北京科技大学 项目简介： 高熵合金是近二十年来通过独特的成分设计理念而开发出来的一类性能优异的新型金属材料，具有高强度、高硬度、高耐蚀和耐磨性、优异的磁学和热学等特征，在航空航天、精密机械、能源化工、信息和生物材料等高科技领域都具有重要应用或有潜在应用前景。 高熵合金多主元的成分特点，使其具有一系列不同于传统合金的组织结构和性能特征，同时也带来大量的科学问题有待解决。传统的材料理论无法对高熵合金中出现的一些新奇现象进行合理解释。高熵合金的相形成机理和结构-性能关联等是当前高熵合金研究的热点和难点，也是高熵合金领域面临的两个最基本的科学问题。 为此，从2005年起，项目组在国家自然科学基金和国家外专局和教育部“111”创新引智计划等项目支持下，利用高分辨电镜、原位中子衍射等先进实验技术结合第一性原理计算、热力学计算和统计分析对高熵合金的原子结构、相形成规律和形变机理进行了深入研究，获得了高熵合金固溶体相形成规律，揭示了高熵合金独特的结构-性能关系。基于这些规律，设计开发了一系列新型高性能高熵合金材料。项目取得了以下三个方面的原创性成果： 1. 高熵合金中相形成规律及结构预测：从原子尺寸差、混合焓和混合熵的角度出发揭示了高熵合金中固溶体相的形成规律；基于混合熵与混合焓相平衡原理，结合原子尺寸差参数提出了高熵合金相结构的设计准则。 2. 高熵合金中独特的结构-性能关系：揭示了FCC单相固溶体高熵合金中晶粒长大动力学及其独特的Hall-Petch关系；阐明了合金元素对典型高熵合金结构和性能的作用规律。
3. 新型高熵合金的研制：研制出力学性能优异的AlCoCrFeNiTi 体心立方固溶体高熵合金和面心立方固溶体结构的CoCrCuFeNiTi高熵合金；开发出高塑性、高电阻率、高饱和磁化强度的高熵合金；研制出具有拉伸塑性的高强度BCC结构TiZrHfNb难熔高熵合金。 本项目的研究成果不仅加深了对高熵合金形成机理的认识，而且在高熵合金固溶体相形成规律及合金相结构设计、以及具有优异性能的新型高熵合金的研制方面做出了重要贡献。截止到2015年6月，项目相关成果发表SCI论文60多篇，被SCI他人引用2500多次。在Progress in Materials Science、Acta Materialia 等一流学术期刊上的10 篇代表性论文被他人引用1436次，单篇SCI他引最高达321次，其中6篇论文入选ESI 前1%高被引学术论文，1篇论文入选2014年度中国百篇最具影响国际学术论文。 主要完成人及学术贡献 第一完成人：吕昭平，本项目的负责人，对本项目创新点有重要贡献，是所列代表性论文[7,8]的通讯作者，论文[1]的合作者。 第二完成人：张勇，本项目的主要参与人，对本项目创新点有重要贡献，所列代表性论文[1,2,6,9]的第一作者，论文[1,2, 3, 4, 5, 6, 9]的通讯作者 第三完成人：刘雄军，本项目的主要参与人，对本项目创新点有重要贡献，所列代表性论文[8]的合作者。 第四完成人：吴渊，本项目的主要参与人，对本项目创新点有重要贡献，所列代表性论文[7, 8]的合作者。 第五完成人：王辉，本项目的主要参与人，对本项目创新点有重要贡献，所列代表性论文[8]的合作者。 第六完成人：何俊阳，本项目的主要参与人，对本项目创新点有重要
Metallurgical Engineering 冶金工程, 2018, 5(1), 17-24 Published Online March 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/ca3803851.html,/journal/meng https://https://www.doczj.com/doc/ca3803851.html,/10.12677/meng.2018.51003 Research Status of High Entropy Alloy Performance Lijuan Lan, Yingying Gu, Tianjiao Pu, Heguo Zhu* School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu Received: Feb. 22nd, 2018; accepted: Mar. 8th, 2018; published: Mar. 19th, 2018 Abstract Due to its high strength, high hardness, excellent wear and corrosion resistance, good thermal stability at high temperatures and high oxidation resistance properties, high-entropy alloy is a new alloy with great development potential in areas such as aerospace and electronic communi-cation. Research status on the properties of high-entropy alloys is reviewed, including mechanical properties, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance. Main effective factors on properties are separately discussed, with alloy elements, preparation process, plastic deforma-tion and alloy ratio included. The deficiencies existed in high-entropy alloys’ researches are sum-marized. The prospects of the properties of high-entropy alloys are also proposed. Keywords High Entropy Alloy, Mechanical Properties, Corrosion Resistance, Oxidation Resistance 高熵合金性能的研究现状 兰利娟，顾莹莹，濮天姣，朱和国* 南京理工大学材料科学与工程学院，江苏南京 收稿日期：2018年2月22日；录用日期：2018年3月8日；发布日期：2018年3月19日 摘要 高熵合金是一种新型合金，具有高的强度与硬度、优异的耐磨性与耐腐蚀性及强的热稳定性和抗氧化性*通讯作者。
Nature封面高熵合金：更强更韧更具延展性 5月18日，Nature封面报道了新加坡自由撰稿人XiaoZhi Lim 的一篇题为《Mixed-up metals make for stronger, tougher, stretchier alloys》（混合金属制造更强、更韧、更具延展性的合金），介绍高熵合金相关进展。 高熵合金概念由台湾科学家叶均蔚于1995年提出的。高熵合金含有多种主要元素，每种元素介于5%-35%之间。传统金属则是以一种元素为主，而高熵合金是多元素共同作用的结果。所以高熵合金是一种颠覆数千年以来的合金制备方法。与传统合金相比，高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀等等。 但是，高熵合金的机理及其科学问题尚未得到很好的理解。目前的高熵合金体系也只是通过“鸡尾酒”方法调配而成, 还没有科学系统的选择合金元素的理论。 以下是材料牛编辑整理的Nature文章内容： 咋眼一看，这个设备更像是在建造一个微型景观。一圈喷嘴对从四个喷管喷出的金属粉末加热，形成往下的光束。混合物进而凝聚成晶粒，形成一个逐步生长的柱状合金。当合金有2厘米高时，平台将其托到一遍，设备接着建造另一个。整个结果看起来是一个摩天大楼模型。 这些金属柱子由位于Lowa的美国Ames国家实验室建造，它反应了科学家们在对待合金上的重大改变。
制造合金的标准配方技术从远古铸剑到制造现代制造发动机引 擎叶片一直在沿用，也就是将有用的金属并混合一系列提升性能的东西，例如在铁中加碳制成钢。 但Ames的设备正在制造高熵合金实验样品，它由四个、五个，甚至更多的元素以严格的相同的比例混合而成。这种简单的配方可以出产那些比传统材料更轻、更强的合金，并且更耐腐蚀、耐辐照等等。最终，研究者们希望这个方法能够出产与以往完全不同的磁性或电性能的合金，并形成新一代技术。 北京科技大学新金属国家重点实验室张勇认为“我们几乎已经 探索过传统金属的所有方面，而对于高熵合金这方面的研究是全新的。”高熵合金尚未从实验室推广到市场，不过有研究者们正在朝这方面努力，期望在高温炉衬和超轻型航天材料等方面获得潜在应用。而这些领域同样在中国、欧洲、美国等地获得了资金支持。 帕特森空军基地实验室材料科学家Daniel Miracle认为“”我们并不是在谈论一种材料，而是上升到如何混合元素的哲学。” 找到新而激动的东西的机会是很高的。去年，他和同事们估计过从一组26个元素中，抽取3、4、5、6种金属元素等量混合，可得到大约313560种合金。更大的数量的合金可以扩展元素的选择得到。 但德国波鸿鲁尔大学的材料工程师Easo Georg认为并不是所有的混合都能奏效。科学家们仍在研究哪些是有效而哪些不是。他认为“可探索的空间仍然是非常巨大的，而我们目前只看到一小部分宇宙。”
高熵合金的研究进展 邓景泉1，操振华2 （1.滁州学院机械学院，安徽滁州239000；2.南京大学现代工程与应用科学学院，南京210093） 摘要：高熵合金（HEAs ）是多主元合金设计理念下正处在探索阶段的新型合金。本文从高熵合金的成分、相结构、制备工艺及性能等方面归纳、分析、综述了国内外最新研究进展，文章结尾讨论了该类合金的研究及发展趋势。 关键词：高熵合金；多主元；结构性能中图分类号：TB331；TF133；TB304 文献标志码：A 文章编号：1673-2928（2018）06-0011-05 收稿日期：2018-08-20 基金项目：国家自然科学基金（51671103）。作者简介：邓景泉（1966-），男，安徽蒙城人，博士，副教授，主要从事金属材料工艺及性能研究。 DOI:10.19329/https://www.doczj.com/doc/ca3803851.html,ki.1673-2928.2018.06.004 2018年11月第17卷第6期（总第96期） 安阳工学院学报 Journal of Anyang Institute of Technology Nov,2018 Vol.17No.6（Gen.No.96） 2004年我国台湾Yeh 在Advanced Engineering Materials 第一次提出了高熵合金的概念[1-2]，至今被引用800余次。高熵合金应用是一个全新的设计理念：多组员，4种或5种及以上；多主元，即每种合金元素的原子百分比相等或近似相等，每种元素都是主要元素，构成纳米尺度的材料复合，产生“鸡尾酒”效应（如图1所示） 。根据热力学知识，形成合金的自由能为：ΔGmix=ΔHmix －TΔSmix 。当合金的混合熵高到一定程度，其足以抵消混合焓的作用时，高熵的状态是自由能为负、相对稳定的 状态[3] 。合金系的混乱度高即体系的混合熵高，合金的有序度差，趋向于生成具有简单结构的相，而且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相律所预测的合金体系平衡相数目[4-5]。高熵合金由于多主元原子尺寸差异导致晶格各个阵点位置不同程度的偏移，产生晶格畸变。 图1五元体心立方结构高熵合金晶格示意图 Yeh [6]分析了CuNiAlCoCrFeSi 合金X 射线衍射峰的矮化、宽化数据，同一层原子面的高低不平，这使得X 射线在衍射过程中，在不平整的布拉格面 上产生明显的散射，衍射峰出现矮化、宽化，计算 的理论值与实验数据基本吻合，证明了晶格畸变的存在。Guo [7]通过中子衍射研究ZrHfNb 等多主元高熵合金，也证明了晶格畸变的存在。2013年， Tsai K Y [8] 通过FeCoNiCrMn 体系中不同的高温扩散偶实验，发现5个组元元素在该高熵合金基体中的扩散速率都要远低于其他单主元合金，表明在高熵合金中的畸变晶格应力场对扩散的阻碍以及大量不同原子困难的协调扩散导致。“鸡尾酒”效应，即多种主元高熵合金可以看作是原子尺度的复合材料，多种元素的本身特性和元素之间相互作用使高熵合金呈现一种复杂效应，印度的科学 家最早提出Ranganathan 即“鸡尾酒效应”[9] 。如果合金由较多的抗氧化元素，如铝、硅，则合金的高温抗氧化能力就会提高。1高熵合金的成份及组织结构1.1高熵合金微观结构 1.1.1面心立方固溶体结构的高熵合金 早期的高熵合金体系多以CoCrFeNi 四元面心立方固溶体为基体，加入其他元素提高性能。Yeh 等加入Cu 形成以CoCrCuFeNi 为代表的面心立方固溶体结构的高熵合金[1]；Cantor 等加入Mn 形成以CoCrFeMnNi 为代表的面心立方固溶体结构的高熵合金[6]。例如AlxCoCrFeNi [10]（x≦0.3）、CoCrCuFeMn?Ni [11-12]等都是单相面心立方结构的高熵合金。1.1.2体心立方固溶体结构的高熵合金 张勇等在CoCrFeNi 四元面心立方固溶体基体中加入Al 元素，形成以AlCoCrFeNi 为代表的体心立方固溶体结构的高熵合金。第四周期3d 副族元素及高熔点难熔炼金属元素形成的高熵合金基本