传统合金的发展经验认为，构成合金的金属元素较多后，会形成许多结构复杂的脆性金属间化合物，从而降低了合金的性能。 然而，近年来，研究人员发现，通过以相等或几乎相等的摩尔比混合五种或多种金属元素，通过冶炼获得的合金简化了微观结构，并且不倾向于区分主要元素。 金属间化合物具有纳米沉淀物和非晶结构等结构性质，具有高强度、高硬度、抗回火软化性和耐磨性。 这类合金最初由台湾清华大学的叶俊伟等人定义为多路合金或高熵合金。 没有一种常规合金可以同时兼具上述优良性能。 因此，高熵合金具有非常广阔的应用前景，可广泛应用于高强度、高温和耐腐蚀工具、模具和机械零件的生产。 这是进入高性能、高附加值特种合金材料领域的绝佳机会。
由于高熵合金的设计理念与传统合金不同，选择原子比相等或原子比几乎相等的多种元素作为主要元素，确定高熵合金具有与常规合金不同的性能。
高熵合金具有单晶结构。 大量实验证实，高熵合金可以形成单一的体心立方或面心立方结构相，也可以形成体心垂直和侧心立方结构的简单混合相结构。 比例相等或大致相等，没有主元素。 板坯的主要元素以简单的结构溶解，而不会形成复杂的金属间化合物。
高熵合金会沉淀纳米相结构，以及未铸造和完全回火状态下的非晶结构。 当高熵合金熔化时，它所包含的元素原子以混沌的方式排列。 在冷却和凝固过程中，各主要元素的大量原子的扩散和重新分布阻碍了晶体的成核和生长。 这有利于纳米相的形成。 如果冷却速度足够快，高熵合金可能会表现出变得更加无定形的趋势。
相对热力学稳定性。 从热力学关系可以直观地得出结论，对于多维高熵合金，由于组分数量多，混合熵也大，吉布斯自由能低，体系更稳定。
这个特性是一种直观的理解，可以在不考虑焓的大小或之间的竞争的情况下获得。
溶液强化机制值得注意。 当多元素高熵合金的晶体结构为固溶体时，由于元素数量众多，各主元素元素的原子半径也不同，且占据的晶格晶格是随机的，使合金具有明显的固溶强化作用。 不易发生位错迁移和晶体表面滑移，具有高强度和高硬度。
高熵合金具有更高的热稳定性和耐高温氧化性。 高熵合金因原子的扰动大而得名，在高温下，原子的湍流增加。 因此，高熵合金，无论是结晶的还是非晶的，都更加稳定，固溶强化效果仍然存在。 ，可以获得极高的高温强度。 根据研究，高熵合金在 1100°C 下退火 12 小时，然后在炉中冷却而不回火软化（目前工业上使用的合金钢在 550°C 以上时会回火和软化）。
高熵合金具有很高的耐腐蚀性。 多维高熵合金的某些元素容易形成致密的氧化膜，而高熵合金具有非晶、微晶、单相和低自由焓的特性，所有这些都有助于实现优异的耐腐蚀性。
高熵合金具有高硬度和良好的耐磨性。 大多数高熵合金的未铸造组织硬度为 600~900HV，等于或高于碳钢和合金碳钢在全淬火硬化后。 改变合金元素的含量可以进一步增加合金的硬度。 此外，高熵合金通常表现出高耐热性。 例如，Al 0.3CoCrFeNiC 0.1 高熵合金在 700~1000°C 下时效 72 小时，合金的硬度没有降低，反而有不同程度的增加。 W 18、Cr 4、V 和 W 6、Mo 5、Cr 4、V 2 等普通高速钢的有效切削温度在 600°C 以内。 无论温度有多高，工具显然都经过了钝化。 此外，高速钢切削工具以牺牲钢的塑性和韧性为代价获得高硬度和高耐磨性。 钢的低塑性和低韧性通常会导致工具破损、崩刃和其他失效模式。 高熵合金在获得高硬度的同时具有良好的塑性和韧性。 例如，以 0% 的还原率（即当冷压合金的塑性变形达到 5% 时）冷压 FeCoNiCrCuAl 50.50 后，枝晶中出现了纳米组织，而不是裂纹，尺寸约为几纳米到几纳米。 在 1.5 纳米时，合金的硬度进一步提高。 AlCoCrFeNiTi 32 经过冷压处理，压降率小于 2.5%，也表现出非常好的延展性。 如此大的压降率对于高速钢来说是不可想象的。 因此，高熵合金在用于制造高速切削工具时具有明显的优势。 此外，磁控溅射法制备高熵合金涂层的成功可用于在普通钢制工具表面涂覆高熵合金膜，涂层厚度在 XNUMX μm 以内。 这样，您可以获得良好的切割性能并节省成本。
高熵合金具有高硬度、高耐磨性、高强度、良好的耐高温性和耐腐蚀性，因此非常适合各种工具和模具的制备，特别是挤出模具和塑料模具。 例如，AlCoCrFeNiTi 1.5 的抗压强度高达 2.22 GPa，而含有 Cr 或 Al 的高熵合金在高达 1100°C 的温度下表现出优异的抗氧化性。 在普通模具钢中，不能考虑耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性和良好的塑性。
由于其高硬度、高耐磨性和低弹性模量，高熵合金非常适合生产高尔夫球头撞击表面。 采用高熵合金的高尔夫球头，在保证球头击球面寿命的同时，可以延长飞行距离，提高了产品的档次，增加了产品的附加值。
在美国的“9·11”事件中，双子塔的彻底摧毁主要是由于建筑物的框架钢筋在加热后强度急剧下降，无法再承受建筑物的重量。 随着土地资源的紧缺，国内外建造摩天大楼的案例越来越多。 因此，摩天大楼的消防安全越来越受到关注。 高熵合金具有非常高的抗压强度和优异的耐热性。 它被用作摩天大楼的防火框架。 在发生火灾或高温的情况下，可以保持建筑物的原始负载能力。 它是安全的，减少了人员和财产的损失。
高熵合金具有良好的耐腐蚀性。 在室温下，高熵合金 Cu0 NiAlCoCrFeSi 在 5.1mol/L NaCl 和 0mol/LH 5.2SO4 溶液中的耐腐蚀性高于 304 不锈钢 （相当于我国钢种的 OCr 18 Ni 9 ）; CuAlNiCrTiSi 合金在 304% HCl 溶液中比 5 不锈钢更耐腐蚀，在 309% NaOH 溶液中比 A10 铝合金更耐腐蚀。 因此，高熵合金可广泛应用于具有高压和耐腐蚀性的化工容器和船舶的高强度耐腐蚀零件。
高熵合金的优良塑性使其易于生产涡轮叶片，其优异的耐腐蚀性、耐磨性、高加工硬化率和耐高温性保证了涡轮叶片的长期稳定运行，从而提高了使用的安全性。 减少叶片磨损和腐蚀失效。
高熵合金具有软磁和高电阻率，因此有望应用于高频通信设备。 可用于生产高频变压器、电动机磁芯、磁屏蔽、磁头、磁盘、磁光盘、高频软磁膜和扬声器等。
高熵合金结合了许多优异的性能，可应用于广泛的工业领域。 除上述领域外，高熵合金还可用于焊接材料、热交换器、高温炉材料等。 高熵合金具有很强的形成非晶的能力，一些高熵合金可以在铸造组织中形成非晶相。 为了在传统合金中获得非晶结构，需要大的冷却速率以将液态原子的不规则分布结构维持到室温。 对非晶态金属的研究是最近几年才出现的。 由于结构中没有位错，它具有高强度、硬度、可塑性、韧性、耐腐蚀性和特殊的磁性能，应用广泛。 非晶态高熵合金的制备无疑进一步扩大了高熵合金的应用领域。
目前，国内外学者对高熵合金的研究主要集中在制备方法的研究上，研究了元素含量对某些合金体系的合金组织和性能的影响。 研究对象主要是 5~8 种元素的合金，从 Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 和 Zn 中选出。 研究的性能主要是常规机械性能，如硬度、阻力等。 关于抗压强度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的研究相对较少，数据不多。 对微机制的研究尚未真正开始，只有清华大学和北京科技大学的学者进行了一些研究。 从研究结果来看，台湾清华大学在研究方面仍然处于领先地位，拥有多项发明专利。 高熵合金的应用潜力很大，应用领域很广。 但是，高熵合金的相关数据基本仍处于实验阶段，尚未进入应用领域，尚未实现工业化。 另一方面，该领域的相关研究仍处于起步阶段，因此许多人仍然对这类合金不了解。 另一方面，关于这种合金的数据很少，数据的再现性不够高。 以 AlCrCuFeNi 为例，这是一种等摩尔比为一种元素的高熵合金。 也采用真空电弧炉冶炼。 AlCrCuFeNi 合金结构分为图 1 和图 2。 沈阳公司生产的真空电弧炉经过三次反复冶炼，得到AlCrCuFeNi纽扣试验。 同样，它的微观结构如图 XNUMX 所示。 不同研究人员使用相同方法制备的 AlCrCuFeNi 合金结构存在一定的差异，无法实现较高的重现性。 材料工业化的主要前提是可以使用一定的制造方法制造具有稳定结构和性能的材料。
图 1
图 2
图 3
目前，实验研究文献中报道的高熵合金的采样量非常小，通常只有几十克，无论使用哪种方法制备它们。 因此，除了设备的误差、制备合金时原材料称量的微小误差、制备过程中少量原材料的损失以及所用原材料纯度的差异外，实际合金成分可能与设计成分有很大偏差。 高熵合金的结构和性能特征由其高混合熵决定。 等摩尔比合金的混合熵高于非等摩尔比合金，合金的结构和性能可能对某些元素更敏感。 因此，为了真正将高熵合金的实验数据应用于实际生产现场，必须提高样品匹配的准确性，提高数据的再现性。 对于性能好、经济性好的高熵合金，可以将实验数据熔化成大样品，然后对相应的性能进行测试，以获得可用于实际生产的参考数据。
中国批准的与高熵合金相关的专利屈指可数。 它们与制备方法有关。 所得的高熵合金也存在样品量小的问题。
高熵合金是一个全新的合金领域。 跳出传统合金设计的框架。 它是一种具有许多优异性能的特殊合金系列。 通过调整其配置，可以进一步优化性能，因此具有非常广泛的应用前景。 国内对高熵合金的研究才刚刚开始。 许多研究人员已经开始关注此类合金的研究，但相关数据仍处于实验阶段，尚未进入实际应用阶段。 如果某些高熵合金能够获得实验数据的稳定性、可靠性和工业标准值，那么高熵合金的研究和应用将真正迅速地得到促进，高熵合金可以在工业应用的各个领域看到。
