激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金研究现状李工;崔鹏;张丽军;张梦迪【摘要】High entropy alloys have much excellentmechanical,physical,chemical and prosperity application properties compared with the traditional materials.It has become one of the most important research topic in the materials science.The four effects and several preparation methods of high entropy alloys are covered in this paper.The research progress in high entropy alloys are introduced emphatically,and the applications are described according to the characteristics of high entropy alloys.The prospect of high entropy alloys for the future development is also presented.%高熵合金具有比传统合金更为优异的机械、物理、化学性能,有极为广泛的应用前景,是目前材料科学领域研究的一大热点.本文概述了高熵合金理论领域取得的研究进展,并根据其相关特性介绍了高熵合金的制备工艺以及应用,最后对高熵合金理论研究及实际应用的未来发展趋势进行了展望.【期刊名称】《燕山大学学报》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】10页(P95-104)【关键词】高熵合金;制备工艺;研究进展;应用【作者】李工;崔鹏;张丽军;张梦迪【作者单位】燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TQ1520 引言近年来，高熵合金吸引了越来越多材料研究工作者的关注。

难熔高熵合金研究进展摘要高熵合金概念的提出开拓了研究者们设计合金的思路，混合的高熵可以稳定晶体结构相对简单的类固溶体相，而不是形成传统意义上复杂的金属间相。

因此，高熵合金的组成虽然复杂，但其微观结构简单。

难熔高熵合金组成元素大多为高熔点元素，同时具有高熵合金的特性，表现出优异的高温性能，成为非常有潜力的高温合金之一，引起国内外研究者的广泛关注。

本文介绍了难熔高熵合金的微观组织结构及相组成；室温和高温下的力学性能及强化机理、高温抗氧化性和耐磨性能；最后对难熔高熵合金的应用前景进行了展望。

关键词：难熔高熵合金；显微组织；力学性能；耐磨性；高温抗氧化性1 引言近年来，航天和军工事业的高速发展，对高温结构材料广泛需求的同时，也对其性能提出了更高的要求。

传统镍基高温合金在自身熔点的制约下，使用温度已接近材料极限，因此开发一种新型的超高温超强度合金既符合发展需要有具有实际意义。

受到高熵合金设计理念的启发，难熔高熵合金首次在2010年由O.N.Senkov提出[1]。

难熔高熵合金优异的高温力学性能得益于难熔元素的低扩散速率和较高的再结晶阻力，此外高熵合金的晶格畸变和BCC结构的高强度也有一定作用。

但其劣势在于，BCC结构的难熔高熵合金在室温下呈现的是脆性，在一定程度上限制了其进一步的应用。

本文介绍了难熔高熵合金的组织结构及相组成；室温和高温下的力学性能及强化机理、高温抗氧化性和耐磨性能；最后对难熔高熵合金的应用前景进行了展望。

2 难熔高熵合金组织结构早期的难熔高熵合金全部由促进BCC结构稳定的难熔合金元素构成，且元素之间大多都为等摩尔或近等摩尔比例混合，如WNbTaMo[2]。

这类合金起初大多采用电弧熔炼技术制备成铸锭，具有单一BCC晶体结构，微观组织为典型的树枝晶，合金表现出非常高的强度。

根据在BCC基体上析出的金属间化合物的结构类型，可将这类析出强化的难熔高熵合金细分为Laves相强化的合金系列和共格BCC/B2强化的合金系列两类。

材料研究与应用 2024，18（1）：157‐165Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 激光熔覆涂层对高锰钢耐磨性能的影响韩纪鹏1,2,赵德刚1*,刘国祥2,张文彬2,陈小伟2（1.济南大学材料科学与工程学院，山东 济南 250022； 2.浙江武精机器制造有限公司，浙江 金华 321200）摘要： 使用FeCrVSi 和Ni+WC 涂层粉末，在高锰钢材料表面成功制备了激光熔覆涂层，并对涂层组织形貌、显微硬度和耐磨性进行了研究。

结果表明，两种涂层均可提升高锰钢基体的耐磨性和显微硬度，Fe‐CrVSi 涂层对基材性能的提升更佳，添加FeCrVSi 和Ni+WC 涂层的材料表面磨损量分别降低9.5%和6.3%，硬度分别为470—550 HV 和500—630 HV ，高于基体的250 HV ，这主要源于合金元素的固溶强化作用和激光熔覆过程的激冷效果。

在高应力载荷冲击过程中，涂层为高锰钢提供了第一层防护，以高硬度质点抵抗磨料破坏；同时，表层基材发生塑性变形和强化，产生形变诱导马氏体和栾晶硬化，提供了很高的硬化效应，在协同强化的作用下为高锰钢提供了更高的强度和硬度，提升了其耐磨性能。

关键词： 激光熔覆；高锰钢；涂层；耐磨性；碳化物；硬化效应；协同作用；激冷效果中图分类号：TG156；TB114 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0157-09引文格式：韩纪鹏，赵德刚，刘国祥，等.激光熔覆涂层对高锰钢耐磨性能的影响［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：157-165.HAN Jipeng ，ZHAO Degang ，LIU Guoxiang ，et al.Influence of Laser Cladding Coating on Wear Resistance Property of High Mn Steel ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：157-165.0　引言高锰钢具有优异的耐磨性能及较低的成本，广泛应用于矿山、机械、冶金、铁路、电力等行业中，如破碎机的衬板、动锥、定锥、锤头等。

钛合金高温氧化防护涂层研究现状与发展趋势作者：李杨来源：《科技传播》2013年第18期摘要钛合金具有高比强度、优良的耐蚀性，在现代航空航天、军事工业、民用工业中占据越来越重要的位置。

但钛合金自身抗高温氧化性差的缺点限制了其进一步应用。

本文综述了能改善钛合金抗高温氧化性的表面处理技术，包括：磁控溅射、激光表面处理等单一表面处理技术；复合表面处理技术；纳米技术与传统表面处理技术结合的先进技术。

关键词钛合金；表面处理；抗高温氧化性中图分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0088-030 引言钛合金作为一种新型的轻金属材料，具有比强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、海洋工程、石油化工、医疗卫生、军事工业等领域。

由于其特性优异，钛合金常作为航空器、汽轮机等的高温部件使用。

但是，由于高温氧化问题导致机械性能严重下降，使得钛合金的应用温度被限制在以下。

当使用温度在以上时，无保护性的氧化膜的形成使钛合金抗氧化性降低。

此外，氧气通过氧化膜快速扩散并溶解于基体合金，使基体合金表面产生脆性层，使合金的力学性能恶化并增加开裂倾向。

因此，通过适当的表面处理提高钛合金的抗高温氧化性是非常必要的。

针对钛合金高温抗氧化性的改善，国内外研究者应用不同的涂层技术开展了研究，本文综述了提高钛合金高温抗氧化性的不同表面涂层技术及其原理，介绍了钛合金高温氧化防护涂层的研究现状及发展趋势。

1 表面处理技术1.1单一表面处理技术1.1.1磁控溅射溅射是用带电粒子轰击靶材，加速的离子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使靶材原子从表面逸出并淀积在衬底材料上的过程。

而磁控溅射是在辉光放电的两极之间引入磁场，增加气体的离化率，降低溅射气压。

Reinhold Braun等人[2]采用磁控溅射的方法在合金上制备涂层，研究表明由于在涂层表面形成了连续的抗氧化层，使得涂层在950时仍具有良好的抗高温氧化性。

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。

高熵合金制备方法进展一、本文概述随着材料科学的快速发展，高熵合金作为一种新型金属材料，因其独特的性能和设计理念，在近年来引起了广泛关注。

高熵合金，又称为多主元合金，突破了传统合金的设计理念，通过组合多种主要元素，形成固溶体，从而展现出优异的力学、物理和化学性能。

本文旨在全面概述高熵合金的制备方法及其最新进展，以期对高熵合金的进一步研究与应用提供有益的参考。

本文将首先介绍高熵合金的基本概念、特点及其应用领域，为后续制备方法的分析提供理论基础。

随后，将重点综述目前常见的高熵合金制备方法，如熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法等，并分析各方法的优缺点及适用范围。

还将探讨新兴制备方法，如增材制造技术在高熵合金制备中的应用及其前景。

本文将总结高熵合金制备方法的最新进展，并展望未来的发展趋势。

通过不断优化制备方法，提高高熵合金的性能和稳定性，有望为航空航天、能源、生物医学等领域提供更为先进和可靠的材料解决方案。

二、高熵合金制备方法概述高熵合金作为一种新型金属材料，其制备方法在近年来得到了广泛的研究和发展。

目前，高熵合金的制备方法主要包括熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法以及溅射法等。

这些方法各有优缺点，适用于不同的高熵合金体系和应用场景。

熔炼法是最常用的一种高熵合金制备方法，包括真空感应熔炼、电弧熔炼等。

这种方法通过高温熔化各组分金属，然后冷却凝固得到高熵合金。

熔炼法操作简单，成本低，适用于大规模生产。

然而，由于熔炼过程中易产生元素挥发、偏析等问题，因此制备出的高熵合金成分均匀性较差。

粉末冶金法是一种通过粉末混合、压制、烧结等步骤制备高熵合金的方法。

这种方法可以有效地控制合金的成分均匀性，避免元素挥发和偏析等问题。

同时，粉末冶金法还可以制备出具有特殊结构和性能的高熵合金，如纳米晶、非晶等。

但是，粉末冶金法工艺流程复杂，成本较高，限制了其在大规模生产中的应用。

机械合金化法是一种通过高能球磨等机械方式制备高熵合金的方法。

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。

《激光熔覆316L不锈钢微纳米金属陶瓷涂层组织和性能研究》一、引言激光熔覆技术作为一种先进的表面工程技术，已经在制造业中得到了广泛的应用。

通过激光熔覆技术，可以在金属基材上制备出具有优异性能的涂层，提高基材的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。

本文以316L不锈钢为基材，研究了激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层的组织和性能，为进一步应用该技术提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用基材为316L不锈钢，涂层材料为微纳米金属陶瓷粉末。

粉末的成分和粒度对涂层的组织和性能有着重要影响，因此需选用合适的粉末。

2. 实验方法采用激光熔覆技术，将金属陶瓷粉末熔覆在316L不锈钢基材上。

通过调整激光功率、扫描速度、粉末涂层厚度等参数，研究不同工艺参数对涂层组织和性能的影响。

三、涂层组织研究1. 显微组织观察通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的显微组织，分析涂层的形貌、晶粒大小、分布等情况。

结果表明，激光熔覆过程中，金属陶瓷粉末与基材之间发生了冶金结合，形成了致密的涂层。

随着激光功率的增加和扫描速度的降低，晶粒尺寸逐渐增大。

2. 物相分析通过X射线衍射（XRD）分析涂层的物相组成。

结果表明，涂层主要由金属陶瓷相和基材相组成，且随着粉末中金属陶瓷含量的增加，金属陶瓷相的含量也增加。

此外，涂层中还可能存在少量的氧化物和其他杂质相。

四、涂层性能研究1. 耐磨性能通过摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性能。

结果表明，激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层具有优异的耐磨性能，明显高于基材。

随着激光功率的增加和扫描速度的降低，涂层的耐磨性能先增加后降低。

这主要是由于在合适的工艺参数下，涂层具有致密的显微组织和较小的晶粒尺寸，从而提高了涂层的耐磨性能。

2. 耐腐蚀性能通过电化学腐蚀试验测试涂层的耐腐蚀性能。

结果表明，激光熔覆微纳米金属陶瓷涂层具有较好的耐腐蚀性能，其腐蚀电流密度和腐蚀速率均低于基材。

此外，涂层的耐腐蚀性能还与其成分、显微组织、晶粒尺寸等因素有关。