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高熵合金综述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某iaoZhiLim的一篇题为《Mi某ed-upmetalmakefortronger,tougher,tretchieralloy》（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Ame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Ame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。
高熵合金是傳統合金之外的另一個合金世界，傳統合金幾乎都以一個元素為主，而高熵合金則是由多個主元素所構成，具有較高的熵，這是一個處女地，不但範圍遼闊，多采多姿，而且可以讓我們發掘新材料、新現象、新理論、新功能，並擴展新應用。
傳統合金的合金概念自古以來，金屬材料的發展對人類文明有著極大的影響，人類由石器時代進入銅器時代再進入鐵器時代，幾千年來一直把金銀銅鐵錫等五金當作飾品、器具、工具、武器的主體材料。
工業革命後，尤其是近百年來，人類所開發的合金系統有如雨後春筍，技術更是突飛猛進，不但造就了今天工商發達的局面，並使我們的生活水準大幅提升。
例如鋁金屬一直到一八五五年才由法國人還原獲得，而鋁合金則在十九世紀末才開始發展。
人類利用它輕量化、高反光、耐大氣腐蝕及高導電率等特性，大量應用在交通工具、運動器材、建築門窗、欄杆、電纜線、易開罐等上面，年用量從一九六○年代即超越銅成為僅次於鋼的金屬材料。
至於超合金在一九三○年代開始發展，不但使飛機噴射引擎得以實現，推進力及效能更不斷提高。
若缺乏這些金屬的開發，我們可能還停留在農業社會，無法向前邁進。
整體而言，人類已開發使用的實用合金共有三十餘種系統，每一系統皆以一種金屬元素為主，隨著添加不同的元素而產生不同的合金。
例如鋁合金以鋁為主，加入微量的鎂及矽，可得容易擠型且具有中等強度的鋁門窗材料；若加入適量的鋅、鎂、銅元素，則成高強度鋁合金，可用於飛機、太空船結構體；而鋼鐵材料以鐵為主，加入碳得到碳鋼，碳越多強度越高，當碳含量超過重量百分比 2％時，就成為鑄造性良好的鑄鐵；另若加入鎳、鉻、鉬、釩等元素，可得性能不同的合金鋼。
到現在為止，傳統合金的配方仍不脫離以「一個金屬元素為主」的觀念，人類依此觀念配製不同合金，施以不同的製造加工程序，得到不同的材質，進而應用到不同的地方，都是在這個框架下運轉及收成。
高熵合金的出現我們不禁要問，上帝是否只給我們三十餘種有用的合金系統呢？答案是否定的，研究人員發現我們擁有更多未開發的處女地，七年前有些學者率先跳出了傳統合金的框框，提出新的合金設計理念，即「多元高熵合金」，並進行研究而累積了不少成果，證實這個處女地不但是一個可合成、可加工、可分析、可應用的新合金世界，也是一個具有學術研究及工業發展潛力的豐富寶藏。
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绝对多数[1][2]。
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的混合熵高于形成金属间化合物的熵变时,高熵效应就会抑制金属间化合物的出现，而促使元素间的混合，最终形成体心立方结构（BCC）或面心立方结构（FCC）等较为简单的结构[1][2]。
根据玻尔兹曼熵的计算公式：S=klnΩ，熵值取决于体系的混乱程度。
当各种元素以等原子比混合时，其混合熵的计算公式：ΔS= Rln(n)，其混合熵ΔS值随元素种类数量的增加而增加。
当n=2时，ΔS=0.693R；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 /T m）接近。
高熵合金材料浅述摘要：随着现代科技的飞速发展，传统合金设计已经进入了瓶颈期，逐渐无法满足人们对于金属材料性能的需求。
已有大量研究表明，高熵合金具有许多特殊的物理、化学和力学性能，如高的组织稳定性、优异的高低温力学性能、耐腐蚀、抗氧化、抗辐照等，在国防安全、航空航天、核工业等领域都具有重要的应用前景[1-3]。
关键词：高熵合金；耐高温；抗辐照1、高熵合金的研究现状1.1高熵合金的定义高熵合金（High-entropy alloys）简称HEA，也被称为多主元合金、成分复杂合金，2004年由叶均蔚教授最早提出[4-5]，由多种元素以近似等摩尔比含量形成的具有简单晶体结构的合金，确保了高熵合金中每一组元都不占据绝对的主导地位，各元素含量较为接近，各元素互为溶质和溶剂，没有溶质、溶剂之分，每一组元的特征属性都会影响高熵合金的微观组织和性能[6-8]，如图1所示。
1.2高熵合金的特性对于目前的高熵合金研究进行总结，与传统单元或者二元合金相比，研究人员分别从高熵合金形成的热力学、动力学、高熵合金结构和性能4个方面，归纳出了高熵合金独特的“四大效应”[9]。
1.热力学上的高熵效应。
一般来说，随主元数增加，传统合金会倾向于生成金属间化合物。
而高熵合金却与之相反，倾向于形成简单相，这主要是受高熵效应的影响。
2.组织结构上的晶格畸变效应。
受高熵效应用，高熵合金通常为固溶体相，因此在点阵晶格中，各组元原子占据位置的概率是相同的。
但是，不同组元的原子在尺寸、电负性和化学键等属性上存在差异，在占据点阵位置时，晶格会产生膨胀或收缩。
图1 高熵合金在三元相图中的区域位置（3）动力学上的迟滞扩散效应。
在高熵合金的铸造凝固过程中，相分离被抑制而延迟至低温发生，这种现象被称为迟滞扩散效应。
简单固溶体的产生是由相变决定的。
在相变过程中，各组元原子需通过协同扩散来实现分相。
而在熔融状态下，各组元原子处于混乱状态，这种有顺序的协同扩散无疑会阻碍原子扩散，抑制晶核长大。
高熵合金综述高熵合金是一种新兴的材料，它具有许多独特的性质，引起了广泛的研究兴趣。
本文旨在综述高熵合金的相关研究进展和应用领域。
高熵合金的名称源于其组成元素的熵值相对较高，即相互之间的差异较大。
与传统合金相比，高熵合金的成分更加均匀，不易出现相分离现象。
这种均匀分布的特点使高熵合金具有出色的力学性能和耐腐蚀性能。
高熵合金的最早研究可以追溯到20世纪80年代。
研究人员发现，当合金中含有五种或更多的不同元素时，合金的性能会有显著改善。
这一发现引起了研究人员的兴趣，推动了高熵合金的快速发展。
目前，已有许多不同组元的高熵合金被开发出来，并在多个领域得到了广泛应用。
高熵合金的一个重要特点是它们具有优异的力学性能。
由于多元组元的存在，高熵合金结构复杂、均匀，导致强度和韧性都得到了提高。
此外，高熵合金还具有良好的耐腐蚀性能，能够在极端环境下长时间使用而不受到侵蚀。
这些特性使得高熵合金在航空航天、汽车制造、能源等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，高熵合金已经开始用于制造先进的航空发动机。
高熵合金的高温强度和耐腐蚀性能使其成为理想的材料选择。
通过使用高熵合金，航空发动机的效率和可靠性得到了显著提高，从而推动了航空工业的发展。
在汽车制造领域，高熵合金也显示出潜在的应用价值。
汽车的发动机和排气系统需要具备高温和耐腐蚀的特点，而高熵合金刚好满足了这些要求。
此外，高熵合金还可以在汽车结构中替代传统的钢铁材料，减轻车身重量，提高燃油效率。
在能源领域，高熵合金被用来制造化学反应堆和核电站的结构材料。
高熵合金能够在极端的温度和压力条件下长时间稳定运行，保证设备的安全性和可靠性。
这对于有效利用核能和保障能源安全具有重要意义。
总而言之，高熵合金作为一种新兴材料，具有许多独特的性质和潜在的应用价值。
通过提高材料的力学性能和耐腐蚀性能，高熵合金在航空航天、汽车制造和能源领域都展示出巨大的潜力。
随着对该领域的深入研究，相信高熵合金将在未来的科学研究和工业应用中发挥越来越重要的作用。
