热导率 高熵合金

文献综述

1.高熵合金发展及研究现状

随着现代经济，科技，军事的发展，人们对于材料的性能提出了更高的要求，传统合金已经不能满足社会的要求，而传统合金的合成理念是以一种或两种元素为主要元素．同时添加适量的其他元素来改善或增加合金性能，从而获得所需具有特殊性能的合金。这种合成方式带来了问题，一，金属的结构变得越来越复杂，使我们难以分析和研究；二，过多添加其他元素，使组织中出现了脆性金属间化合物，使合金性能下降；三，限制了合金成分的自由度，从而限制了材料的特殊微观结构及性能的发展。

高熵合金的概念由台湾学者叶均蔚提出，高熵合金的概念为含有多种主要元素，其中每种主元均具有较高摩尔分数，但不超过35％，因此没有一种元素含量能占有50％以上，这种合金是由多种元素共同表现特色。这个观点摆脱了传统合金以一种金属元素为主的观念。高熵合金的主要元素种类n≥5且以≤13。对于每一种多主元合金系统可设计成简单的等原子摩尔比合金，也可设计为非等原子摩尔比合金，以及添加次要元素来改良合金性能。高熵合金易形成简单结构列如：面心立方、体心立方相。并非形成复杂的金属间化合物。这是由于多种主要元素形成固溶体合金的高混合熵加强了元素间的相溶性，从而避免发生相分离以及金属间化合物或复杂相的形成。当然在某些合金体系中高熵效应并不能完全抑制金属间化合物的生成，但是这些金属间化合物数量少并且化合物一般具有简单的晶体结构，或者这些金属间化合物相包含很多其他元素而使得其有序度大为降低。

高熵合金具有良好的发展前景，Al Fe Cu Co Ni Cr、AI TI Fe NI Cu Cr、AI Co Cr Cu

Fe Ni等系列的高熵合金系列都被广大的学者研究。对于高熵合金，现阶段还可以高熵合金的微观组织结构，进行相分析及电化学性能、磁性能的测定，以建立合金元素选择理论、凝固结晶理论以及热处理理论等进行更进一步的研究。目前，制备高熵合金的方法有用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜。除了上述几种传统的制作加工方法外，高熵合金还可通过快速凝固、机械合金化获得，利用这两种方法获得的高熵合金，其组织更倾向于形成纳米晶体，甚至非晶体。

浅谈高熵合金

文献综述

1.高熵合金的发展与研究现状

随着现代经济，科技，军事的发展，人们对于材料的性能提出了更高的要求，传统合金已经不能满足社会的要求，而传统合金的合成理念是以一种或两种元素为主要元素．同时添加适量的其他元素来改善或增加合金性能，从而获得所需具有特殊性能的合金。这种合成方式带来了问题，一，金属的结构变得越来越复杂，使我们难以分析和研究；二，过多添加其他元素，使组织中出现了脆性金属间化合物，使合金性能下降；三，限制了合金成分的自由度，从而限制了材料的特殊微观结构及性能的发展。

高熵合金的概念是由台湾学者叶俊伟提出的。高熵合金的概念包含多种主要元素，每种元素的摩尔分数都很高，但不超过35%。因此，任何元素含量都不能超过50%。这种合金的特点是含有多种元素。这种观点打破了合金由一种金属元素主导的传统观念。高熵合金n的主要元素类型≥ 5和≤ 13.对于每个多主成分合金体系，可设计为简单的等原子摩尔比合金或非等原子摩尔比合金，并可添加二次元素以改善合金的性能。高熵合金易于形成简单的结构，如面心立方相和体心立方相。它不会形成复杂的金属间化合物。这是因为多种主要元素形成固溶体。合金的高混合熵增强了元素之间的相容性，从而避免了相分离和金属间化合物或复杂相的形成。当然，在某些合金系统中，高熵效应不能完全抑制金属间化合物的形成，但这些金属间化合物数量较少，通常具有简单的晶体结构，或者这些金属间化合物含有许多其他元素，这大大降低了它们的阶数。

高熵合金具有良好的发展前景，alfecuconicr、aitifenicucr、aicocrcufeni等系列的高熵合金系列都被广大的学者研究。对于高熵合金，现阶段还可以高熵合金的微观组织结构，进行相分析及电化学性能、磁性能的测定，以建立合金元素选择理论、凝固结晶理论以及热处理理论等进行更进一步的研究。目前，制备高熵合金的方法有用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜。除了上述几种传统的制作加工方法外，高熵合金还可通过快速凝固、机械合金化获得，利用这两种方法获得的高熵合金，其组织更倾向于形成纳米晶体，甚至非晶体。由于高熵合金的优异性能，随着研究的深入，我们可以研发出更多新型的金属材料，为社会发展创造价值，因此这是一个很有价值的研究，无论对于学术研究还是工业发展。

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高熵合金的研究现状

作者：邱星武

来源：《新材料产业》2014年第09期

高熵合金又称高混乱度合金，是由我国台湾学者在20世纪90年代率先打破传统合金设计模式，提出的新合金设计理念，并成功采用真空电弧炉熔铸法制备了高熵合金。高熵合金所含元素为5种或5种以上，该类合金金相结构简单，甚至会出现非晶相和纳米相，合金具有优良的综合性能，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中的一个新的研究热点。

一、高熵合金的特点

高熵合金具有以下一些特点：

①高熵合金倾向于形成简单相结构的体心立方结构（BCC）或面心立方结构（FCC）固溶体。根据吉布斯自由能公式所示：△Gmix=△HmixT△Smix。式中T为热力学温度，Hmix为混合焓，Smix为混合熵，Gmix为吉布斯自由能。由公式很容易看出混合焓和混合熵之间的关系是相互对立、相互制约的，合金自由能便是它们结合的产物。简单BCC和FCC结构固溶体的形成需要较低的自由能，而高熵合金的混合熵很高，这就使得合金的自由能极低，合金最终倾向于形成简单固溶体相。

②高熵合金仅在铸态又或是完全回火态下就会析出纳米晶颗粒。这是因为高熵合金在熔炼时，各元素熔化后的原子混乱排列，凝固时这些原子很难进行扩散和再分配，这就有利于在合金基体内部形成纳米晶颗粒。

③高熵合金拥有极大的混乱度，特别是在高温下，其混乱度将会变得更大。根据合金自由能越低，则合金系统越趋于稳定的原则，高熵合金在高温下的稳定性依然极高，固溶强化依然存在，因此合金拥有极高的高温强度。研究表明，高熵合金在1 000℃的高温下进行长时间（约12h）的热处理后，硬度不降反升，与传统合金形成了鲜明的对比。

④高熵合金以简单BCC和FCC结构固溶体存在时，由于组成元素之间在原子半径、晶体结构等方面存在差异，高熵合金的固溶强化会产生强效，导致位错在合金内部难以进行，因此合金硬度和强度都较高；而当高熵合金以非晶结构存在时，更是不存在位错，因此合金性能更强。

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高熵合金的研究现状　

高熵合金又称高混乱度合金，是　

由我国台湾学者在２０世纪９０年代率　

先打破传统合金设计模式，提出的新　

合金设计理念，并成功采用真空电弧　

炉熔铸法制备了高熵合金。高熵合金　

所含元素为５种或５种以上，该类合金　

金相结构简单，甚至会出现非晶相和　

纳米相，合金具有优良的综合性能，　

从而成为在材料科学和凝聚态物理　

领域中的一个新的研究热点。　

高熵合金的特点　

高熵合金具有以下一些特点：　

①高熵合金倾向于形成简单相　

结构的体心立方结构（ＢＣＣ）或面心　

立方结构（Ｆ　Ｃ　Ｃ）固溶体。根据吉布斯　

自由能公式所示：△Ｇ　－￣Ｈ　一　

了　Ｓ　式中Ｔ为热力学温度，Ｈ　为　

混合焓，Ｓ　为混合熵，Ｇ　为吉布斯　

自由能。由公式很容易看出混合焓和　

混合熵之间的关系是相互对立、相互　制约的，合金自由能便是它们结合的　

产物。简单ＢＣＣ和ＦＣＣ结构固溶体的　

形成需要较低的自由能，而高熵合金　

的混合熵很高，这就使得合金的自由　

能极低，合金最终倾向于形成简单固　

溶体相。　

②高熵合金仅在铸态又或是完全　

回火态下就会析出纳米晶颗粒。这是　

因为高熵合金在熔炼时，各元素熔化　

后的原子混乱排列，凝固时这些原子　

很难进行扩散和再分配，这就有利于　

在合金基体内部形成纳米晶颗粒。　

③高熵合金拥有极大的混乱度，　

特别是在高温下，其混乱度将会变得　

更大。根据合金自由能越低，则合金系　

统越趋于稳定的原则，高熵合金在高　

温下的稳定性依然极高，固溶强化依　

然存在，因此合金拥有极高的高温强　

度。研究表明，高熵合金在１　０００℃的　

高温下进行长时间（约１２ｈ）的热处理　

后，硬度不降反升，与传统合金形成了　■文／邱星武　四川建筑职业技术学院　

鲜明的对比。　

④高熵合金以简单ＢＣＣ和ＦＣＣ　

结构固溶体存在时，由于组成元素之　

间在原子半径、晶体结构等方面存在　

差异，高熵合金的固溶强化会产生强　

效，导致位错在合金内部难以进行，因　

此合金硬度和强度都较高；而当高熵