高熵合金昌吉高熵合金材料生产厂家

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-05-17 08:13:42 [举报]

高熵合金的应用

1.高温性能的应用

无论何种类型,热机的效率随着温度的升高而增加.如核能、燃煤和燃油等发电行业中，工作温度的升高可以降低燃料消耗、污染和运行成本.在喷气发动机工业中，工作温度的增加可使性能改进，例如更重的有效载荷、更大的速度和更大的范围的组合等.目前发动机主要部件材料的开发还是集中在Ni基高温合金材料上，但由于其初始熔点大约在1300℃,镍基高温合金适用于温度仅在1160~1277℃之间.因此，开发具有更高温性能的发动机部件材料变得至关重要.试验表明这两种耐火HEAs在1600℃时的屈服强度超过400MPa,这远Inconel 718 Ni 基高温合金在1000℃的屈服强度(低于200MPa).热机的开发需要进一步改善发动机部件材料的高温性能.与Ni基高温合金相比，HEAs在高温下具有更高的稳定性、更低的成本和密度、正的晶格失配，这表明这些合金由于具有吸引人的高温机械性能，有可能取代Ni基高温合金作为下一代高温材料.

2.断裂韧性的应用

材料的断裂往往关乎着安全的问题,一般来说，根据失效应变可以分为脆性和韧性断裂.脆性断裂没有塑性变形的迹象，通常以灾难性方式发生，开发具有性能的新型金属材料具有重要意义.据报道，当温度从298K下降到77K时，CrMnFeCoNi高熵合金的断裂韧性几乎保持恒定，而CrCoNi高熵合金的断裂韧性略微增加.在这些HEAs中，没有出现像钢、非晶合金、镁合金、多孔金属和纳米金属等许多传统合金那样尖锐的韧脆转变，这表明这些合金可能是极端寒冷条件下应用的优良候选材料，例如，用于船体、飞机和低温储存罐的材料等.

3.耐腐蚀性的应用

我国每年因腐蚀而引起的材料浪费极其严重,研究和开发具有耐腐蚀性较好的材料对资源的节省具有重要意义.Zhang等通过激光表面合金化方法，在304不锈钢上制备了具有良好冶金结合性能的FeCoCrAlNi涂层，试验结果表明FeCoCrAlNi涂层的显微硬度是304不锈钢的3倍，在3.5%的NaCl溶液中，其抗空蚀性能是304不锈钢的7.6倍左右，电流密度比304不锈钢降低了一个数量级.Ye等采用激光表面合金化的方法制备了CrMnFeCoNi涂层，并在3.5%的NaCl和0.5mol/L H2SO4溶液中进行了电位动态极化试验，结果表明HEAs涂层的耐蚀性能均优于A36钢基体，腐蚀电流甚至低于304不锈钢.高熵合金作为一种新开发的多主元合金，了基于单一多数主体元素的传统合金的设计限制，具有提高耐腐蚀性的潜力.这表明这些具有的内在耐腐蚀性的新型合金，在恶劣环境的应用中具有的经济和安全益处.

高熵合金的四个核心效应

1.高熵效应

高熵效应是HEA的标志性概念.比较理想的形成熵与属的焓(选定IM化合物的形成焓)可以得知，在具有5个或更多元素的近等摩尔合金中，其更有利于形成SS相而不是IM化合物.这时不考虑特殊组合，仅熵和焓的高低来分析常规的SS相和IM相.熵值也只考虑生成熵.虽然振动、电子和磁性也影响其熵值，但是主要的因素仍然是合金的结构.

2.晶格畸变

严重的晶格畸变是因为高熵相中的不同原子尺寸导致的.每个晶格位置的位移，取决于占据该位置的原子和局部环境中的原子类型.这些畸变比传统合金严重的多.这些变原子位置的不确定性导致合金的形成焓较高.虽然在物理上，这可以降低X射线衍射峰的强度，增加硬度，降低电导率，降低合金的温度依赖性.但是，仍然缺少系统的实验来定量描述这些性能的变化值是多少.例如，组成原子之间的剪切模量不匹配，也可能有助于硬化；局部键的变化也可能改变电导率、热导率和相关的电子结构.

3.缓慢的扩散特点

在HAs中，扩散是缓慢的.这可以在纳米晶和非晶合金的形成和其显微结构中观察到.

4."鸡尾酒"效应

"鸡尾酒"效应是S.Ranganathan教授使用的短语.初的意图是"一种愉快，愉快的混合物".后来，它意味着一种协同混合物，终结果是不可预测，且大于各部分的总和.这个短语描述了三种不同的合金类别；大块金属玻璃、超弹性和超塑性金属以及HEAs.这些合金都是多主元素合金."鸡尾酒"效应表征了无定形大块金属玻璃的结构和功能特性

高熵合金的综合性能使得其适用范围宽广.高熵合金软磁性能，且在力学性能、加工性能上优于现有常规软磁材料；高熵合金高温稳定性、高温抗氧化性，可以应用在极端环境中；高熵合金具有高硬度、高强度特点，可用作硬质刀具涂层；除此之外，高熵合金还可以用作光热转换材料、轻质合金材料、模具材料等.高熵合金可广泛应用在电机、变压器、机床工具、消费电子、发动机叶片、喷气飞机引擎、核聚变等众多领域.

高熵合金的非晶形成能力较强,某些高熵合金能在铸态组织中形成非晶相.而传统合金要获得非晶组织，需要的冷却速度将液态原子无规则分布的组织保留到室温.非晶态金属的研究是近年来才兴起的，由于结构中无位错，具有很高的强度、硬度、塑性、韧性、耐蚀性及特殊的磁学性能等，应用也极为广泛.制备非晶态高熵合金无疑将进一步扩大高熵合金的应用领域.高熵合金的种类繁多，其显微结构和性能具有很高的研究价值.高熵效应是调控其显微组织和结构的主要因素.目前这一领域的关注点已经发展到了7个合金系列，每个合金系列包括6-7元素，已经产生了超过408种新合金.在这408种合金中含有648种不同的微观结构.研究发现，合金元素数量和加工条件对其显微结构有显着的影响.不同结构的高熵合金，呈现出不同的结构性能和功能特点.高熵合金特的结构和广泛合金种类，为其结构化应用和功能化应用提供了基础.

高熵合金（High-entropy alloys）简称HEA，是由五种或五种以量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种。例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的材料。

难熔高熵合金作为高熵合金中较为特的种类，由熔点1650 ℃的铌、钽、钨、锆等难熔金属元素组成。从其定义可知难熔高熵合金的熔点，因此具有较高的高温强度。除了高熔点之外，难熔高熵合金还具有特的高温强化机制

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