高熵合金（高混亂度合金）的設計與應用
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更新時間：2016-01-29
高熵合金又稱高混亂度合金，一般定義為由五個以上元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，混合熵高于熔化熵，通常形成高熵固溶體相的一類合金。
?高熵合金又稱高混亂度合金，一般定義為由五個以上元素組元按照等原子比或接近于等原子比合金化，混合熵高于熔化熵，通常形成高熵固溶體相的一類合金。高熵合金具有一些特殊效應：（1）高熵效應：其混合熵要明顯高于傳統(tǒng)金屬合金。（2）晶格畸變效應：存在著嚴重的晶格畸變，從而影響到材料的力學和物理性能。（3）遲滯擴散效應：嚴重的晶格畸變限制高熵合金中的有效擴散速率。在其鑄造過程中，冷卻時的相分離在高溫區(qū)間通常被抑制而延遲到低溫區(qū)間。（4）多種元素的交互效應：高熵合金多種元素之間的相互作用使其呈現(xiàn)復雜效應。如使用較多的抗氧化元素（如鋁或硅），合金的高溫抗氧化能力就會提高。
由于上述效應，高熵合金具有以下一些特點?：①高熵合金傾向于形成結(jié)構(gòu)較簡單的體心立方或面心立方結(jié)構(gòu)固溶體。由于高熵合金的混合熵很高，使得合金的自由能極低，所以傾向于形成簡單固溶體相。②高熵合金在鑄態(tài)或是完全回火態(tài)下就會析出納米晶顆粒。這是因為高熵合金在熔煉時，各元素熔化后的原子混亂排列，凝固時有利于形成納米晶顆粒。③高熵合金擁有極大的混亂度，特別是在高溫下，其混亂度將會變得更大。合金自由能越低，則合金系統(tǒng)越趨于穩(wěn)定，故高熵合金在高溫下的穩(wěn)定性依然極高，固溶強化依然存在，因此合金擁有極高的高溫強度。研究表明，高熵合金在1000℃的高溫下進行長時間（如12h）的熱處理后，硬度不降反升，與傳統(tǒng)合金形成了鮮明的對比。④高熵合金以簡單體心立方和面心立方結(jié)構(gòu)固溶體存在時，由于組成元素之間在原子半徑、晶體結(jié)構(gòu)等方面存在差異，高熵合金的固溶強化會產(chǎn)生強效，因此合金硬度和強度都較高，耐磨性也明顯提高。例如FeNiTiAlCoCrCu系高熵合金涂層呈現(xiàn)高硬度和高耐磨性；當高熵合金以非晶結(jié)構(gòu)存在時，合金更具優(yōu)異性能。⑤高熵合金的主要組成元素至少5種以上，其中總有一些元素，如鋁，會使合金產(chǎn)生致密氧化物，而高熵合金通常都具有納米晶、非晶、單相、低自由焓的特性，因此高熵合金的耐腐蝕性能比傳統(tǒng)合金更為優(yōu)秀。例如，在鋼鐵材料表面涂FeNiTiAlCoCrCu系高熵合金涂層后，耐腐蝕性能明顯提高。
據(jù)艾荔艾獲得的信息，用激光熔覆法制備AlCoCrMoNi高熵合金涂層，可獲得比傳統(tǒng)合金更高的硬度；用激光熔覆法制備FeCoNiCrA1Si高熵合金涂層，顯示良好的耐高溫性能；用激光熔覆法在Q235鋼表面制備A1FeCoCuCrNi高熵合金涂層，表面顯微硬度最高為952HV，是基體鋼的?3.5倍，且顯示良好的耐蝕性。AlCoCrFeNiTi系高熵合金的抗拉強度最高可超過3000MPa。這些初步的研究成果表明，高熵合金發(fā)展?jié)摿薮螅ㄟ^合理地調(diào)整合金成分及制備工藝，可制備出具有高硬度、高耐磨性、耐高溫氧化、耐蝕性的材料，其應用領(lǐng)域十分廣泛。
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