高熵合金的研究进展

高熵合金的研究进展

邓景泉1，操振华2

【摘 要】高熵合金（HEAs）是多主元合金设计理念下正处在探索阶段的新型合金。本文从高熵合金的成分、相结构、制备工艺及性能等方面归纳、分析、综述了国内外最新研究进展，文章结尾讨论了该类合金的研究及发展趋势。

【期刊名称】安阳工学院学报

【年(卷),期】2018(017)006

【总页数】5

【关键词】高熵合金；多主元；结构性能

基金项目：国家自然科学基金（51671103）。

2004年我国台湾Yeh在Advanced Engineering Materials第一次提出了高熵合金的概念[1-2]，至今被引用800余次。高熵合金应用是一个全新的设计理念：多组员，4种或5种及以上；多主元，即每种合金元素的原子百分比相等或近似相等，每种元素都是主要元素，构成纳米尺度的材料复合

，产生“鸡尾酒”效应（如图1所示）。根据热力学知识，形成合金的自由能为：ΔGmix=ΔHmix-TΔSmix。当合金的混合熵高到一定程度，其足以抵消混合焓的作用时，高熵的状态是自由能为负、相对稳定的状态[3]。合金系的混乱度高即体系的混合熵高，合金的有序度差，趋向于生成具有简单结构的相，而且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相律所预测的合金体系平衡相数目[4-5]。高熵合金由于多主元原子尺寸差异导致晶格各个阵点位置不同程度的偏移，产生晶格畸变。

Yeh[6]分析了CuNiAlCoCrFeSi合金X射线衍射峰的矮化、宽化数据，同一层原子面的高低不平，这使得X射线在衍射过程中，在不平整的布拉格面上产生明显的散射，衍射峰出现矮化、宽化，计算的理论值与实验数据基本吻合，证明了晶格畸变的存在。Guo[7]通过中子衍射研究ZrHfNb等多主元高熵合金，也证明了晶格畸变的存在。2013年，Tsai K Y[8]通过FeCoNiCrMn体系中不同的高温扩散偶实验，发现5个组元元素在该高熵合金基体中的扩散速率都要远低于其他单主元合金，表明在高熵合金中的畸变晶格应力场对扩散的阻碍以及大量不同原子困难的协调扩散导致。“鸡尾酒

”效应，即多种主元高熵合金可以看作是原子尺度的复合材料，多种元素的本身特性和元素之间相互作用使高熵合金呈现一种复杂效应，印度的科学家最早提出Ranganathan即“鸡尾酒效应

”[9]。如果合金由较多的抗氧化元素，如铝、硅，则合金的高温抗氧化能力就会提高。

1 高熵合金的成份及组织结构

1.1 高熵合金微观结构

1.1.1 面心立方固溶体结构的高熵合金