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高熵合金（高混乱度合金）的设计与应用

发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间：2016-01-29

高熵合金又称高混乱度合金，一般定义为由五个以上元素组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，通常形成高熵固溶体相的一类合金。

高熵合金又称高混乱度合金，一般定义为由五个以上元素组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，通常形成高熵固溶体相的一类合金。高熵合金具有一些特殊效应：（1）高熵效应：其混合熵要明显高于传统金属合金。（2）晶格畸变效应：存在着严重的晶格畸变，从而影响到材料的力学和物理性能。（3）迟滞扩散效应：严重的晶格畸变限制高熵合金中的有效扩散速率。在其铸造过程中，冷却时的相分离在高温区间通常被抑制而延迟到低温区间。（4）多种元素的交互效应：高熵合金多种元素之间的相互作用使其呈现复杂效应。如使用较多的抗氧化元素（如铝或硅），合金的高温抗氧化能力就会提高。

由于上述效应，高熵合金具有以下一些特点：①高熵合金倾向于形成结构较简单的体心立方或面心立方结构固溶体。由于高熵合金的混合熵很高，使得合金的自由能极低，所以倾向于形成简单固溶体相。②高熵合金在铸态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，凝固时有利于形成纳米晶颗粒。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。合金自由能越低，则合金系统越趋于稳定，故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1000℃的高温下进行长时间（如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高熵合金以简单体心立方和面心立方结构固溶体存在时，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，因此合金硬度和强度都较高，耐磨性也明显提高。例如FeNiTiAlCoCrCu系高熵合金涂层呈现高硬度和高耐磨性；当高熵合金以非晶结构存在时，合金更具优异性能。⑤高熵合金的主要组成元素至少5种以上，其中总有一些元素，如铝，会使合金产生致密氧化物，而高熵合金通常都具有纳米晶、非晶、单相、低自由焓的特性，因此高熵合金的耐腐蚀性能比传统合金更为优秀。例如，在钢铁材料表面涂FeNiTiAlCoCrCu系高熵合金涂层后，耐腐蚀性能明显提高。

据艾荔艾获得的信息，用激光熔覆法制备AlCoCrMoNi高熵合金涂层，可获得比传统合金更高的硬度；用激光熔覆法制备FeCoNiCrA1Si高熵合金涂层，显示良好的耐高温性能；用激光熔覆法在Q235钢表面制备A1FeCoCuCrNi高熵合金涂层，表面显微硬度最高为952HV，是基体钢的 3.5倍，且显示良好的耐蚀性。AlCoCrFeNiTi系高熵合金的抗拉强度最高可超过3000MPa。这些初步的研究成果表明，高熵合金发展潜力巨大，通过合理地调整合金成分及制备工艺，可制备出具有高硬度、高耐磨性、耐高温氧化、耐蚀性的材料，其应用领域十分广泛。

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