项目名称 高熵合金的相形成规律及组织-性能研究

高熵合金材料的组织与力学性能分析高熵合金材料（High-entropy alloy materials）是一种由多种原子元素组成的新型合金材料。

相对于传统的合金材料，高熵合金具有许多独特的性能和应用优势。

本文将对高熵合金材料的组织与力学性能进行分析。

一、高熵合金材料的组织结构高熵合金的组织结构是其性能优势的关键所在。

它由多种元素组成，这些元素在原子尺度上均匀分布，形成了一种具有无序的结构。

相对于普通合金材料，高熵合金中的原子排列更加无序，因此具有更高的熵值，即高熵合金。

高熵合金的组织结构对其性能产生了重要影响。

首先，高熵合金中的无序结构使其具有较高的抗腐蚀性能。

由于元素均匀分布，高熵合金能够形成一种密封的表面层，阻止氧化物和其他腐蚀物质的侵蚀。

其次，高熵合金的无序结构使其具有优异的机械性能。

相对于普通合金材料，高熵合金具有更高的屈服强度和延展性。

这是因为无序结构阻碍了位错的移动，从而提高了材料的抗变形能力。

二、高熵合金材料的力学性能分析1.屈服强度和延展性：高熵合金材料的屈服强度通常较高，这是由于材料中多种原子元素的均匀分布阻碍了位错的移动。

而延展性方面，高熵合金通常具有良好的塑性变形能力，可以在受力情况下发生可逆塑性变形。

2.硬度和韧性：高熵合金的硬度通常较高，但韧性较低。

这是由于无序结构限制了微观位错运动的能力。

而高硬度使得高熵合金在耐磨损和耐高温方面具有优势。

3.抗腐蚀性能：高熵合金材料由多种元素组成，能够形成致密的表面氧化层，有效防止氧化和腐蚀的侵蚀。

因此，高熵合金常被应用于极端环境下的腐蚀性工作环境。

4.热稳定性和高温性能：高熵合金材料具有良好的热稳定性和高温强度。

高熵合金经常用于高温环境下的应用，例如航空航天、发电、汽车等领域。

三、高熵合金材料的应用前景高熵合金材料由于其独特的组织结构和优异的性能，具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，高熵合金可以用于制造高温引擎涡轮叶片和燃烧室等部件，提高发动机的性能和效率。

难熔金属高熵合金的制备工艺与性能研究难熔金属高熵合金是一种由多种元素组成且非常稳定的合金。

它们具有高熔点、高硬度和抗腐蚀性能的特点，因此在航空航天、核能、石油化工等领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍难熔金属高熵合金的制备工艺和性能研究。

首先是原料选择，难熔金属高熵合金通常由五种或更多的成分组成。

选择合适的原料对于合金的性能至关重要。

通常选择的原料包括高纯度金属和合金块、粉末或充分还原的化合物等。

合金化是将选定的原料混合并放入高温固态反应炉中进行反应。

反应温度和时间的选择取决于合金的成分和所需的性能。

反应过程中应加入适量的助熔剂，以促进原料的熔化和反应的进行。

熔炼是将反应后的混合物加热至熔点并进行熔化。

常用的熔炼方式包括真空感应熔炼、真空电炉熔炼和气保护等。

熔炼后得到的合金液体应具有均匀的成分和结构。

均匀化是通过热处理和机械处理来减小合金的晶粒尺寸和增加晶界密度，从而提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。

常用的均匀化方法包括固溶处理、时效处理和等离子体处理等。

最后是热处理，通过调节热处理工艺和温度来改善合金的性能。

热处理可以改善合金的力学性能、热稳定性、抗腐蚀性能和耐磨性等。

热处理方法包括固溶处理、时效处理和等离子体处理等。

难熔金属高熵合金具有许多出色的性能。

首先，它们具有非常高的熔点，可以在高温条件下使用。

其次，难熔金属高熵合金具有高硬度和优异的机械性能，这使得它们在高温和高压下具有良好的稳定性和延展性。

此外，它们还具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的环境中长时间使用而不受损坏。

虽然难熔金属高熵合金具有许多优点，但也存在一些挑战。

首先，合金的制备工艺较为复杂，需要精确控制处理参数和时间。

其次，难熔金属高熵合金的成本较高，这限制了其在一些领域的应用。

此外，难熔金属高熵合金的研究还处于起步阶段，尚有许多未知的问题需要解决。

总之，难熔金属高熵合金的制备工艺和性能研究对于开发新型高性能材料具有重要意义。

随着对该领域的不断深入研究，相信这种新型合金将在更多的领域得到应用，并且为相关领域的发展做出贡献。

FeTiNbMoW高熵合金的组织和性能任英磊;武海亮;于波;刘世昌;邱克强【摘要】In order to research the properties of a W-containing alloy with the capacity of absorbing γ ray, a FeTiNbMoW five-element high entropy alloy was designed according to the equimolar ratio.The crystal structure, microstructure, composition, hardness, density and compression performance of the alloy were analyzed with X ray diffractometer (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy disperse spectroscope (EDS), microhardness tester, density gauge and universal mechanical testing machine.The results show that the microstructure of FeTiNbMoW high entropy alloy is composed of simple BCC solid solution matrix and a small amount of intermetallic compounds distributing on the matrix.In addition, the actural lattice constant of BCC structure is 0.3155nm, and the microstructural morphology is typical dendritic structure.The dendritic hardness and interdendritic hardness are 830.05 and 793.04HV, respectively.The measured density of the alloy is 10.7g/cm3, which is slightly higher than its theoretical value of 10.21g/cm3.The compressive strength and plastic strain of the alloy at room temperature are 604MPa and 3.19%, respectively.The alloy exhibits powder fracture, and the fracture mode is cleavage fracture.%为了研究一种能够吸收γ射线的含W合金的性能,按照等摩尔比设计了一种FeTiNbMoW五组元高熵合金.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、密度仪和万能力学试验机对合金的晶体结构、微观组织、成分、硬度、密度和压缩性能进行了分析.结果表明,FeTiNbMoW高熵合金组织由简单BCC固溶体基体和分布其上的少量金属间化合物组成.BCC结构的实际晶格常数为0.3155nm,组织形貌为典型枝晶组织.枝晶硬度和枝晶间硬度分别为830.05和793.04HV.合金的实测密度为10.7g/cm3,略高于其理论值10.21g/cm3.室温下合金的抗压强度和对应塑性应变分别为604MPa和3.19%.合金呈粉末性断裂,其断裂机制为解理断裂.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】5页(P142-146)【关键词】高熵合金;微观组织;成分;晶格常数;硬度;密度;抗压强度;塑性应变【作者】任英磊;武海亮;于波;刘世昌;邱克强【作者单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870;沈阳铸造研究所新技术研究中心, 沈阳 110022;沈阳铸造研究所新技术研究中心, 沈阳 110022;沈阳工业大学材料科学与工程学院, 沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TG146.43传统合金体系均以一种或者两种元素为主，合金的性质受制于主元素，且传统合金设计理念认为合金系统中主元数越多，则越易形成金属间化合物等复杂相，因而会使合金的性能恶化并使合金元素作用分析变得困难[1].Yeh[2]制备出一种具有5～13种主元素的合金，研究发现该合金易形成稳定的固溶体或纳米结构甚至是非晶相.与传统合金相比，高熵合金具有硬度高和耐蚀性良好等优异综合性能，因而在工程材料领域具有良好的应用前景[3-7].近期高熵合金的研究主要集中在由低熔点Al、Fe、Cu、Co、Ni、Cr、Ti、V和Mn组元构成的高熵合金方面[8-11]，人们于2010年在航天和高温材料领域首次提出难熔高熵合金的研发与应用[12].高熔点、高密度的金属W及其合金作为屏蔽γ射线的材料而被广泛应用，但是对含W高熵合金的研究较少.Senkov等[12]对WTaNbMo和WTaNbMoV高熵合金进行研究后发现，两种合金均为单一BCC结构，且在1 600 ℃下具有较高的屈服强度.为了降低合金熔点并增加合金熵值，本文以低熔点组元Fe、Ti代替高熔点组元Ta，研究了高熵合金的组织和性能，以期制备出一种高密度且熔点和价格相对较低的工程材料.采用纯度大于99.9%的Fe、Ti、Mo、Nb和W作为原料，按等摩尔比制备FeTiNbMoW高熵合金.采用非自耗真空熔炼炉在高纯氩气保护下熔炼合金铸锭，每个合金铸锭反复熔炼4次，以确保合金成分均匀.采用王水作为腐蚀液腐蚀试样；利用TM3030型扫描电子显微镜对试样进行微观和断口形貌分析；采用日本岛津7000S/L型X射线衍射仪对试样进行相成分分析，扫描速度为5 (°)/min；采用HVS-5显微硬度计测试试样的维氏硬度，测试载荷为1 kg；利用MH-300型合金密度仪对试样密度进行测量；利用MTS型电子万能材料试验机对试样进行准静态单轴压缩试验，压缩速率为0.01 mm/min.2.1 高熵合金的结构图1为FeTiNbMoW合金的XRD图谱.由图1可见，合金衍射峰对应的衍射角分别为40°、58°、73°和87°，这与金属W的衍射峰位置相似.合金为简单BCC固溶体结构，同时形成了少量金属间化合物.根据吉布斯相率[13]可知，具有五组元单相或两相高熵合金的自由度为5或4，表明由吉布斯相率确定的相数远高于高熵合金的相数.根据文献[13]可知，当原子半径差δ小于等于6.6%，参数Ω值大于等于1.1，混合焓ΔHmix在-15～5 kJ/mol范围内，混合熵ΔSmix介于12～17.5 J·mol-1·K-1之间时，多主元合金易于形成固溶体相.选取合金体系混合熔点Tm作为固溶体相形成的参考温度，参数Ω可以用来预测多主元合金中固溶体的形成能力[14]，则参数Ω可以表示为FeTiNbMoW合金的混合焓、混合熵和熔点计算值分别为-9.12 kJ·mol-1、13.4 J·mol-1·K-1和2 628 K，代入式(1)可得参数Ω值为3.861.原子半径差的计算公式可以表示为式中：ci为i元素的原子浓度；ri与ra分别为i组元的原子半径与平均原子半径.经计算可得δ为4.7%，结合由式(1)计算得到的相关参数，可以判断FeTiNbMoW合金体系具有形成固溶体的能力.根据Bragg点阵方程得到合金固溶体的实际晶格常数为0.315 5 nm[12].根据Vegard定律[12]可知，合金的理论晶格常数αtheor可以表示为式中，αi为i元素的晶格常数.经计算可知αtheor为0.319 5 nm，可见理论晶格常数大于实际晶格常数，表明合金固溶体相中出现了部分有序相.图2为FeTiNbMoW合金XRD图谱的局部放大图.由图2可见，合金的(200)和(211)晶面衍射峰并非对称，表明固溶体中原子并不是完全随机分布的，某些区域出现了固溶体原子的规则排列，以及特性相近的原子在高温下选择性随机分布的现象.2.2 高熵合金的组织图3为FeTiNbMoW合金在不同倍数下的SEM图像.由图3a可见，合金的宏观组织较为致密，无气孔、裂纹等缺陷；由图3b、c可见，合金的微观组织为典型枝晶组织，且枝晶臂垂直生长，可以推测合金为立方结构；由图3d可见，当将合金的枝晶间组织放大到1 200倍时，可以观察到羽毛状组织.对FeTiNbMoW合金组织的不同区域进行EDS分析，得到各区域元素的原子百分数，结果如表1所示.由表1可见，W和Mo元素偏析于枝晶，Fe元素偏析于枝晶间，Ti和Nb元素分布相对较为均匀.结合表1和图3可知，A和B区域组织为不同BCC相.表1中W和Mo元素的熔点最高，原子半径相同，晶体结构均为BCC结构，且晶格常数相近.根据文献[14]可知，W和Mo的混合焓为0 kJ/mol，原子间易形成固溶体，故高熔点W和Mo元素优先偏析于枝晶.Fe元素的原子半径为0.127 nm，与其他元素相比数值较小，且Fe和Ti的混合焓为17 kJ/mol，元素间混合焓较正，表明液态合金中不同元素互溶性较差，Fe和Nb的混合焓为-16 kJ/mol，元素间混合焓较负，易形成金属间化合物，因而Fe元素较难固溶于Ti和Nb元素中，因此，Fe元素偏析于枝晶间.观察表1还可以发现，C区域中羽毛状组织的主要成分为Ti、Fe和少量的Nb元素，结合XRD分析结果推断该羽毛状组织为Fe、Ti和Nb间的金属间化合物.2.3 高熵合金的密度FeTiNbMoW合金体系的理论密度可以表示为式中：Ai为i元素的相对原子质量；ρi为i元素金属的密度.经计算可知合金的理论密度为10.21 g/cm3，低于实测密度10.7 g/cm3，这可能是由于在高温熔炼过程中低熔点组元出现了少量挥发的缘故.2.4 高熵合金的硬度选取试样枝晶与枝晶间组织中的7个不同位置并测量其硬度值，去除最大和最小硬度值后，取其余硬度值的平均数作为试样的硬度值.经计算可知合金的枝晶和枝晶间维氏硬度分别为830.05和793.04 HV.枝晶的维氏硬度略高于枝晶间的硬度，这主要是由元素偏析引起的，枝晶主要偏析了Mo和W高熔点元素，而枝晶间虽然偏析了大量Fe元素，但Fe元素的原子半径较小，因而与半径相差较大的Ti、Nb、Mo和W原子间发生固溶时，可以起到固溶强化作用.2.5 高熵合金的压缩性能与断口分析图4为FeTiNbMoW合金的室温应力应变曲线.由图4可见，合金具有一定的塑性变形.FeTiNbMoW合金的抗压强度和对应应变分别为604 MPa和3.19%.试验发现合金在断裂过程中产生了很大声响，并引起了周围空气的强烈振动，表明合金韧性较低，倾向于绝热破坏，试样破坏时的弹性能得到了整体释放，因而产生了声响. 图5为FeTiNbMoW合金的压缩断口形貌.由图5a可见，合金存在从上而下且垂直的宏观裂纹，表明合金呈粉末性断裂.由图5b可见，合金解理面存在大量解理台阶.上述特征表明FeTiNbMoW合金为脆性材料，其压缩断裂机制为解理断裂.解理台阶产生的主要原因为合金中产生了强度和硬度较大的金属间化合物，在压缩过程中显微裂纹在解理面运动时遇到了金属间化合物，导致裂纹在通过解理面时受阻，因而产生了解理台阶，随后裂纹在解理台阶上继续扩展.通过以上试验分析可以得到如下结论：1) FeTiNbMoW合金由简单BCC固溶体和少量金属间化合物组成；2) FeTiNbMoW合金具有典型枝晶组织，W和Mo元素偏析于枝晶，Fe元素偏聚于枝晶间，Ti和Nb分布相对较为均匀；3) FeTiNbMoW合金的理论密度为10.21 g/cm3，低于实测密度10.7 g/cm3，这可能是由熔炼过程中低熔点组元的挥发引起的；4) FeTiNbMoW合金的枝晶和枝晶间硬度分别为830.05和793.04 HV，枝晶组织硬度大于枝晶间组织硬度；5) FeTiNbMoW合金的抗压强度和塑性应变分别为604 MPa和3.19%，其断裂机制为解理断裂，且解理面存在大量解理台阶.【相关文献】[1]Liu E，Wang W，Lin F，et al.Stable magnetostructural coupling with tunable magnetoresponsive effects in hexagonal phase-transition ferromagnets [J].NatureCommunications，2012，3(3)：199-202.[2]Yeh J W.Alloy design strategies and future trends in high-entropy alloys [J].The Minerals，Metals &Materials Society，2013，65(12)：1759-1771.[3]Takeuchi A，Chen N，Wada T，et al.Alloy design for high-entropy bulk glassy alloys [J].Procedia Engineering，2012，36(6)：226-234.[4]Hsu C Y，Sheu T 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精密成形工程第15卷第8期孟爽，国栋，赵冬凤，余青，林毛毛（天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222）摘要：高熵合金具有独特的微观结构和特性，作为一种新型的高性能材料，逐渐获得了国内外研究人员的广泛关注。

高熵合金具备多元化的元素组成方式，不但没有形成传统概念中复杂的相结构，反而展现出了更优异的性能，在诸多领域均具有良好的应用前景。

在当前的高熵合金体系中，CoCrFeNi系研究最为广泛，其研究内容主要体现在通过添加不同元素或进行退火热处理对原合金体系改性进而获得优异性能的材料。

首先，结合CoCrFeNi体系对高熵合金的定义和性能特点进行了分析和总结；其次，从热力学和动力学角度论述了CoCrFeNi系高熵合金的结构预测、层错能计算及缺陷动力学分析；再次，总结了Al、Ti、Cu、Mn 和C元素对CoCrFeNi系高熵合金显微组织和力学性能的影响；最后，分析了当前的研究现状并进行了展望。

关键词：高熵合金；CoCrFeNi系；模拟计算；合金元素；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.08.019中图分类号：TG139 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)08-0156-13Research Progress of CoCrFeNi High Entropy AlloyMENG Shuang, GUO Dong, ZHAO Dong-feng, YU Qing, LIN Mao-mao(Faculty of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)ABSTRACT: As a new high performance material, high entropy alloy has gradually got the attention of the world in recent years due to its distinctive microstructure and properties. The diversified element composition not only avoids the formation of complex phase structures in the traditional concept, but also exhibits superior performance to conventional alloys and has a wide range of potential applications. The CoCrFeNi system is now the mostly studied high entropy alloy system, which is mostly seen in the modification of the original alloy system through the addition of other elements and annealing treatment to produce supe-rior material properties. The definition and characteristics of a high entropy alloy combined with the CoCrFeNi system were firstly examined and summarized. Then, the structure prediction, calculation of layer fault energy and defect dynamics analysis of CoCrFeNi high entropy alloy were discussed from the perspective of thermodynamics and dynamics. Next, the effect of Al, Ti, Cu, Mn and C elements on the microstructure and mechanical properties of CoCrFeNi high entropy alloy was summarized. Fi-收稿日期：2023-04-21Received：2023-04-21基金项目：国家自然科学基金（52074193）；天津市自然科学基金科技计划重点项目（22JCZDJC00770）；天津市教委科研计划重点项目（2022ZD022）Fund：National Natural Science Foundation of China(52074193); Key Project of Tianjin Natural Science Foundation Science and Technology Program(22JCZDJC00770); Key Projects of the Tianjin Education Commission's Research Program(2022ZD022)作者简介：孟爽（1995—），女，硕士生，主要研究方向为高熵合金。

高熵合金的特点及其研究现状高熵合金（High-Entropy Alloys）是一种新型的金属材料，其特点主要体现在以下几个方面：1.多元组分：高熵合金由多个元素组成，通常由五种或更多元素组成，每种元素的摩尔百分比相近。

与传统的合金相比，高熵合金的元素组成更加均匀，更多元化。

这种均衡的组成能够增加材料的稳定性和均一性。

2.高熵效应：高熵合金中的元素呈现出一种无序分布的特征，这种无序分布被称为高熵效应。

高熵效应使得材料具有更高的熵（即元素的随机性），从而导致材料具有独特的结构和性能。

高熵效应能够提高合金的力学性能、耐腐蚀性和高温稳定性等方面的特点。

3.高强度和硬度：高熵合金由于结构的复杂性和高熵效应的存在，通常表现出非常高的强度和硬度。

这使得高熵合金在航空航天、汽车、能源和医疗设备等领域具有巨大的应用潜力。

4.耐腐蚀性：高熵合金中多元素的存在能够增强材料的耐腐蚀性。

高熵合金能够在极端环境下有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，使其成为一种理想的材料选择。

目前，高熵合金的研究领域主要有以下几个方面：1.合金设计：合金设计是高熵合金研究中的关键问题。

通过制定适合的合金设计策略，可以合理选择不同元素的摩尔百分比和比例，以实现理想的性能。

常用的合金设计策略包括等原子比合金、渗碳合金等。

2.组织结构研究：研究高熵合金的组织结构对于了解其性能和行为具有重要意义。

通过使用传统的金相显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等技术，可以观察合金的晶体结构、相组成和相变行为等。

3.模拟计算：通过分子动力学模拟和第一性原理计算等方法，能够模拟高熵合金的微观结构和性能。

这些计算方法为合金设计和性能预测提供了重要的理论依据。

4.性能优化：通过引入合适的合金元素和调整合金组成，可以进一步提高高熵合金的性能。

例如，通过添加一定比例的轻质元素，可以增强合金的塑性和韧性，从而改善其加工性能。

总体而言，高熵合金是近年来材料科学研究的热点领域之一、在未来，随着更多的研究和应用，我们可以期待高熵合金在各种领域的广泛应用和进一步发展。

《激光增材-超声滚压制备CrMnFeCoNi高熵合金组织及性能研究》篇一激光增材-超声滚压制备CrMnFeCoNi高熵合金组织及性能研究一、引言随着科技的不断进步，高熵合金因其独特的物理和化学性质在材料科学领域受到了广泛的关注。

高熵合金的优异性能往往得益于其特殊的组织结构和元素组成。

CrMnFeCoNi高熵合金因其较高的混合焓和多种元素的协同效应，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。

本文旨在研究激光增材/超声滚压制备CrMnFeCoNi高熵合金的组织结构及其性能，为高熵合金的进一步应用提供理论依据。

二、实验方法1. 材料制备采用激光增材制造技术和超声滚压技术制备CrMnFeCoNi高熵合金。

首先，将各元素按照一定比例混合，然后通过激光熔化技术进行增材制造，最后利用超声滚压技术对样品进行表面处理。

2. 组织结构观察利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品的组织结构进行观察。

同时，采用X射线衍射技术对样品的相结构进行分析。

3. 性能测试对样品的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能进行测试，以评估样品的综合性能。

三、实验结果与分析1. 组织结构观察通过金相显微镜、SEM和TEM观察，发现CrMnFeCoNi高熵合金具有典型的树枝晶组织结构，且晶粒大小均匀。

X射线衍射结果表明，合金中存在多种相结构，其中face-centered cubic （FCC）相为主要相。

2. 硬度测试硬度测试结果表明，经过激光增材和超声滚压处理的CrMnFeCoNi高熵合金具有较高的硬度。

这主要归因于合金中均匀分布的元素和精细的组织结构。

3. 耐磨性测试耐磨性测试结果表明，CrMnFeCoNi高熵合金具有优异的耐磨性能。

这主要得益于其较高的硬度以及元素间的协同效应。

此外，超声滚压处理进一步提高了合金的耐磨性能。

4. 耐腐蚀性测试耐腐蚀性测试结果表明，CrMnFeCoNi高熵合金在多种腐蚀环境中均表现出良好的耐腐蚀性能。

高熵合金的制造工艺、性能及应用研究任务书1．设计的主要任务及目标1）掌握高熵合金的概念、了解高熵合金和传统合金的区别2）掌握高熵合金的制造工艺。

3）掌握高熵合金的性能特点及其应用。

通过查阅文献获得高熵合金的具体制造工艺、各种性能指标及应用范围。

2．设计的基本要求和内容1）查阅10篇以上的科技文献。

2）完成毕业设计的各项任务3）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。

4）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。

3．主要参考文献[1]李建忠，张志．《多主元高熵合金FeCoNiCuxA1微观组织结构和性能》J．中国材料科技与设备，2008.6[2]李安敏，张喜艳．《Al对Al-Cr-Cu-Fe-Ni高熵合金的组织与硬度的影响》J．热加工工艺，2008，37(4)：26-28．[3]高家诚，李锐《AlZnSnSbPbMnMg高熵合金显微组织和耐热性的研究》重庆大学材料科学与工程学院。

[4]张林，边秀房.《铝硅合金的液相转变》j.1995，4．进度安排高熵合金的制造工艺、性能及应用研究摘要:中国台湾学者首次制备高熵合金的方法是真空电弧炉熔铸法, 而后应用磁控溅射方法制备多主元高功能合金镀膜。

近期印度学者应用机械合金化的方法也成功制备了高熵合金。

高熵合金可以采用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜, 使其应用多姿多彩。

作为一种新型的合金材料，高熵合金表现出许多优良的特性，其中极高的硬度、强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性以及良好的塑韧性等是其显著特点。

多主元高熵合金表现出与传统合金不同的特性，而且通过不同的元素搭配可获得种类繁多的新型合金。

高熵合金不同于传统合金的设计理念为新型合金打开了一扇新的大门，是通向另外一个合金世界的窗口。

高熵合金所具有的结构特性和性能特性使其具有广阔的应用前景。

关键词：高熵合金，特性，应用Hi gh entropy alloys manufacture process, performance andapplication researc hAbstract:Chinese scholars in Taiwan for the first time the preparation of high entropy alloys is the vacuum arc furnace smelting method, and application of magnetron sputtering method preparation of many principal component function of high alloy coating. The recent Indian scholar application of mechanical alloying method has high entropy alloys was successfully achieved. High entropy alloys can be used in a traditional casting, forging, powder metallurgy, spraying and coating method to make a piece of material, coating, or thin film, make its application more colorful.As a new type of alloy material, high entropy alloys exhibit many excellent characteristics, including high hardness, strength, good thermal stability and corrosion resistance and good plastic toughness is its salient features. Many principal characteristics of high entropy alloys show different from the traditional alloy, and through different element collocation can obtain a wide variety of new type alloy.Different from traditional high entropy alloy design concept for the new type of alloy opens a new door, leads to another alloy window of the world. Structure features and performance characteristics of high entropy alloys have has the broad application prospect.Keywords: High entropy alloys, characteristics, application目录1前言 (1)1.1概述 (1)1.2论文研究的目的及意义 (2)1.3高熵合金的研究现状 (4)2高熵合金相关概念 (12)2.1高熵合金的定义 (12)2.1.1固溶体混合熵的定义 (12)2.1.2高熵合金的界定 (13)2.2高熵合金的理论依据 (14)3高熵合金的制备、性能及应用 (16)3.1高熵合金的制备 (16)3.1.1激光熔覆熔炼法 (16)3.1.2电弧熔炼法 (16)3.1.3高频感应炉加热熔炼 (17)3.1.4其他熔炼方法 (18)3.2高熵合金的性能 (18)3.3多主元效应 (19)3.4高熵合金的应用 (21)4高熵合金涂层的金相组织观察 (24)4.1仪器介绍 (24)4.2金相组织观察 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)1前言1.1概述自古以来,金属材料的发展对人类文明就有着极大的影响,人类由石器时代进入铜器时代再进入铁器时代,几千年来一直是把金银铜铁锡等五金当作饰品、器具、工具、武器的主体材料。

⾼熵合⾦的形成规律与⼒学性能的研究本科毕业论⽂设计毕业论⽂（设计）课题⾼熵合⾦的形成规律与⼒学性能的研究毕业设计（论⽂）原创性声明和使⽤授权说明原创性声明本⼈郑重承诺：所呈交的毕业设计（论⽂），是我个⼈在指导教师的指导下进⾏的研究⼯作及取得的成果。

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毕业论文开题报告毕业论文开题报告题目：难熔金属高熵合金的制备工艺和性能研究学院：物理电气信息学院专业：物理学（师范）年级：2010级学号：12010245509姓名：刘永强指导教师：汪燕青邮箱：874322801@开题报告几千年来，合金的发展都是以一种金属元素为主的(一般都超过50%)，随着添加各种不同的合金元素而产生不同的合金，以满足所需的性能要求，例如以铝为主的铝合金，以铁为主的钢铁材料，以铜为主的铜合金，以镍为主的高温合金，以钛为主的钛合金等等。

尽管如此，合金系的数量还是很有限的，目前人类已开发使用的合金系共有30余种。

一、难熔金属及高熵合金的定义、基本原理难容金属一般指熔点高于1650℃并有一定储量的金属（钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛），也有将熔点高于锆熔点（1852℃）的金属称为难熔金属。

以这些金属为基体，添加其他元素形成的合金称为难熔金属合金。

制造耐1093℃（2000°F ）以上高温的结构材料所使用的难熔金属主要是钨、钼、钽和铌。

在难熔金属合金中钼合金是最早用作结构材料的合金，Mo-0.5Ti-0.1Zr-0.02C 合金具有良好的高温强度和低温塑性，在工业上广泛应用。

铌合金的出现迟于钼合金，但发展很快，已有30余种牌号。

航天工业中使用的主要是中强合金和低强高塑性的铌合金。

高熵合金是1995年台湾学者叶均蔚提出的一个新的合金设计理念[1-3]。

与传统合金设计理念不同的是，高熵合金是由五个主要元素（简称为主元）构成的合金体系，且每个主元的原子百分比应介于5%到35%之间，而原子百分比小于5%的元素则称之为次要元素。

根据传统合金设计观念，合金中的组元数越多，形成金属间化合物的倾向也就越大。

然而脆性金属间化合物的出现会恶化合金的性能，如变脆等，同时金属间化合物的晶体结构复杂，也不利于材料的组织和成分分析。

因此传统合金都是以一种元素为主，添加少量次要元素改进其性质。

但是物极必返，叶均蔚指出，当主元数尽可能的增大后，所带来的高熵效应却可以化繁为简，令合金形成一个或多个简单的固溶相，不仅便于分析，而且具有巨大的应用价值。

高熵合金材料的研究进展高熵合金材料是一种近年来备受关注的新型金属材料，其主要特点是具有高度的熵值和良好的机械性能。

与传统的单组元合金相比，高熵合金材料由多种元素组成，且其组成成分中每种元素的比例都非常接近，因此其组织结构也具有高度的熵值。

高熵合金材料有着广泛的应用前景，可以在能源、航空航天、机械制造等领域得到应用，因此研究高熵合金材料的制备和性能也已经成为了当代材料科学研究领域的热门话题。

一、高熵合金材料的制备方法目前，高熵合金材料的制备方法主要包括机械合金化法、电弧熔炼法、热喷涂法和粉末冶金法等。

其中，机械合金化法是一种将微米级别的元素混合在一起，并通过球磨或高能球磨等手段对元素进行混合的方法，其优点是可以实现成分的精细调节和微观组织的控制；电弧熔炼法则是一种高温下将元素熔化混合的方法，其优点是可以得到高质量的高熵合金材料；热喷涂法可以通过在基材上喷涂不同种类的元素，再进行处理得到高熵合金材料；粉末冶金法则是通过混合不同元素的粉末，并进行冷压成型、热处理等步骤，最终得到高熵合金材料的方法。

二、高熵合金材料的性能高熵合金材料的主要特点是组成成分中各元素比例相似，因此其组织结构也更为随机和复杂，形成了一种具有高度熵值的材料，故具有一系列独特的性能。

其中，高熵合金材料的高温下的稳定性比较好，可以在高温下保持较好的机械性能；高熵合金材料的抗腐蚀性能也比较好，不会在湿润、潮湿环境下发生氧化、腐蚀等问题，可以作为一种新型的耐腐材料；此外，高熵合金材料还具有高的硬度和韧性，可以在极端条件下工作等。

三、高熵合金材料的应用前景高熵合金材料的特殊性能为其在能源、航空航天、机械制造等领域的应用提供了广泛的前景。

例如，在航空航天领域，高熵合金材料可以作为结构材料、燃料喷嘴材料和导热材料等使用；在能源领域，高熵合金材料可以作为核反应堆内部结构材料、太阳能电池材料等使用；在机械制造领域，高熵合金材料可用于制造刀具、模具、轴承等特殊用途的零件。