高熵合金薄膜簡介及研究進展——王春吉1720600352021/10/10星期日11.高熵合金簡介目錄2.高熵合金的強化機制3.高熵合金特性與應用4.高熵合金薄膜的制作2021/10/10星期日2.一.高熵合金簡介

2004年多主元高熵合金被提出，并著重強調(diào)其固有的高混合熵。1.合金的熵值較高。2.合金中含有5-13個主要元素（5％≤X≤35％即不分主次）。3.合金體系（7099）的數(shù)量大于傳統(tǒng)合金（30）。4.四個主要特性包括：高熵效應（熱力學），遲緩擴散效應（動力學），晶格扭曲效應（晶體結(jié)構(gòu)），雞尾酒效應。2021/10/10星期日3.高熵效應高熵效應在簡化微觀結(jié)構(gòu)中起著重要作用。1.形成固溶相，例如bcc和fcc，而不是有序相或金屬間化合物。BCCFCC2.相數(shù)遠遠低于最大值根據(jù)吉布斯相律有：F=C-P+1P=C+1F：自由度;C：系統(tǒng)的組元數(shù)（例如化合物的數(shù)目）;P：在該點的相態(tài)數(shù)目.2021/10/10星期日4.

高混合熵增強了元素間的互溶性，并防止相分離成有序相或金屬間化合物?！鱃mix=△Hmix-T△Smix為什么高熵效應可以簡化微觀結(jié)構(gòu)？

高熵合金的高熵顯著降低了自由能，從而降低了其在合金凝固過程中（特別是在高溫下）的有序和偏析傾向（溶解度↑），使得固溶體更容易形成并且比金屬間化合物或其他有序相更穩(wěn)定?！鱏mix=RInn2021/10/10星期日5.遲緩擴散效應

高熵合金多主元的特點造成了遲緩擴散效應。多元晶格高度扭曲，因為所有的原子都是溶質(zhì)原子，并且它們的原子尺寸都是彼此不同的。FCC原始元素晶格FCC5元素HE合金B(yǎng)CC5元素HE合金2021/10/10星期日6.晶格扭曲效應

從動力學角度來看，相分離的有效擴散速率將受到阻礙原子運動的晶格畸變的限制，從而形成了晶格扭曲效應。HE合金可以產(chǎn)生納米晶的沉淀或鑄態(tài)下的無定形結(jié)構(gòu)。而在冷卻過程中，HE合金可能發(fā)生相變。晶格扭曲：在分配過程中元素的替代擴散和相互擴散組分間的相互作用存在困難。而在冷卻過程中的相分離通常在較高的溫度下受到抑制，因此延遲至較低的溫度。它們最終降低了成核和生長速率，導致納米晶體的形成。2021/10/10星期日7.雞尾酒效應

高熵合金可被視為原子級復合材料，因此它們表現(xiàn)出復合效應的原因有：

1.元素的基本特征；

2.所有元素之間的相互作用；

3.各種元素對微觀結(jié)構(gòu)的間接影響；

如果使用更多的輕元素（原子序數(shù)10至20），整體密度將會降低。如果使用更多的抗氧化元素，例如Al，Cr和Si，則可以提高高溫下的抗氧化性。如果添加具有強結(jié)合力和與其他元素具有不同原子尺寸（例如Co，Cr，Cu，F(xiàn)e和Ni）并促進BCC相的形成元素，強度將會增加。2021/10/10星期日8.鋁含量對相變的影響（AlxCoCrCuFeNi）：FCC至BCC2021/10/10星期日9.二.高熵合金的強化機理①.固溶強化機理當引入溶質(zhì)原子時，會形成與位錯相互作用的局部應力場，從而阻礙它們的運動并導致材料屈服應力的增加。②.高固溶強化在HE合金中不存在基體元素，所以所有的原子都可以被認為是溶質(zhì)原子。同時，HE合金具有晶格畸變效應，可以增加位錯運動的阻力。③.降水強化機制它依賴于固體溶解度隨溫度的變化而產(chǎn)生雜質(zhì)相的細小顆粒，這阻礙了位錯的移動，并導致材料的硬化增加。④.HE合金中的析出強化納米晶體分散體將在鑄態(tài)HE合金中提供有效的析出強化。2021/10/10星期日10.三.高熵合金特性與應用

①.出色的抗退火軟化性表1顯示在1000℃退火12h后的硬度。②.高溫強度AlXCoCrCuFeNi（Fcc）具有在高溫下保持高強度的優(yōu)點。AlCoCrFex合金在高溫下具有比高速鋼更高的硬度。A：Al0.5CoCrCuFeNi；B：Al01.0,CoCrCuFeNi；C：Al2.0CoCrCuFeNi2021/10/10星期日11.AlCoCrFex合金在高溫下具有比高速鋼更高的硬度：2021/10/10星期日12.高熵合金的耐磨性：2021/10/10星期日13.高熵合金的應用①.它可以用作建筑物的防火框架：鍛造Al0.3CrFeMn-X合金在700℃時的硬度比室溫時（Hv300）高，比2-1/4Cr-1Mo耐火鋼更優(yōu)異。金屬元素的成本較低。②.它可以冷軋成箔。AlCrFeMnNi合金在冷軋時比304不銹鋼好，它可以連續(xù)冷軋成70μm箔片而沒有任何裂紋和硬化。這種HE合金具有非常好的可加工性，可以達到至少4257％的冷軋延伸，然而不銹鋼僅具有1543％。2021/10/10星期日14.四：高熵合金薄膜的制作薄膜制備方法有：激光熔覆：將混合的純合金粉末涂覆在基片上，利用高溫快速融化粉末再快速冷卻從而制備出高熵合金。操作簡便，但是粉末混合過程容易產(chǎn)生較大的應力。電化學沉積：在含有所要生長元素電解液的電解池中，將所需要沉積的基底作為陽極，惰性耐腐蝕材料作為陰極，從而沉積成膜。沉積速度較慢，體系限制較大不易推廣。磁控濺射：將靶材原子轟擊濺射沉積于基片上。該方法沉積速率高，工藝簡單，成分容易控制。2021/10/10星期日15.結(jié)語

高熵合金具有一系列優(yōu)越的性能，如高強度、高硬度、高抗氧化性以及耐蝕性等。如今高熵合金薄膜的研究主要分