高熵合金ppt
高熵合金组成元素
高熵合金组成元素高熵合金是一种特殊的金属合金，具有许多独特的性质和应用。
它由多种元素组成，包括铁、镍、铬、钴、钛等，这些元素的相互作用产生了高度有序的晶体结构，使得高熵合金具有出色的力学强度、耐腐蚀性和高温稳定性。
高熵合金的研究起源于上世纪90年代初，当时科学家们意识到传统合金的晶体结构中只有少数几种元素，而高熵合金则采用多种元素的组合。
这种组合产生了大量的合金组分，使得高熵合金的晶体结构变得复杂而有序。
这种复杂性使高熵合金具有了许多优越的性能。
高熵合金具有出色的力学强度。
由于晶体结构的复杂性，高熵合金的晶界和晶粒边界非常复杂，这使得合金中的位错和晶界对塑性变形的限制较小。
因此，高熵合金具有高抗拉强度和较好的韧性，非常适合用于制造高强度和轻量化的结构材料。
高熵合金具有出色的耐腐蚀性。
由于高熵合金中存在大量的合金组分，这些组分之间的相互作用使得合金表面形成了一层致密的氧化层，可以阻止氧、水和其他腐蚀介质的侵蚀。
因此，高熵合金可以在恶劣的环境中使用，如海水中、高温和高压环境下。
高熵合金还具有优异的高温稳定性。
高熵合金中的多种元素可以形成高熵相，这些相具有较高的熔点和较好的热稳定性。
因此，高熵合金可以在高温环境中保持其力学性能和化学稳定性，非常适用于航空航天、能源和化工等领域。
高熵合金的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，高熵合金可以用于制造发动机涡轮叶片、燃烧室和燃气轮机等部件，以提高其耐高温和抗腐蚀性能。
在能源领域，高熵合金可以用于制造核反应堆和燃料电池等设备，以提高其耐辐射和耐腐蚀性能。
在化工领域，高熵合金可以用于制造化工反应器和催化剂等设备，以提高其耐腐蚀性和使用寿命。
高熵合金是一种具有独特性能和广泛应用的金属合金。
它由多种元素组成，具有出色的力学强度、耐腐蚀性和高温稳定性。
高熵合金在航空航天、能源和化工等领域具有重要的应用价值，为人类的科学技术进步和工业发展做出了重要贡献。
随着对高熵合金的深入研究和应用，相信它将在更多领域展现出其无限潜力和广阔前景。
高熵合金PPT课件
Definition of high entropy alloys
Still in 2004, the concept of high entropy alloy was firstly introduced by Yeh JW
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Yeh JW et al. Adv Eng Mater, 2004, 6: 299-303.
properties are not as simple as expected
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Phase formation in the as-cast FeCoNiCrMn
➢Basically the alloy has a single fcc phase
but with a small fraction of unidentified phase (Cr2Mn oxide ?)
In 2004, Multicomponent FeCoNiCrMn alloy firstly reported by
Cantor B. with a simple fcc solid-solution structure.
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Cantor B et al. MSE A, 2004, 375-377: 213-218.
feconicrmn吕昭平教授北京科技大学新金属材料国家重点实验室nationalsciencefoundationchinanos
FeCoNiCrMn高熵合金的组织稳定性及 变形行为
吕昭平 教授
北京科技大学 新金属材料国家重点实验室
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Acknowledgements
➢ Students: W. H. Liu, S. Y. Li, H. L. Huang and Z. F. Lei
高熵合金 构型熵
高熵合金构型熵高熵合金（High-entropy alloys），简称HEA，是一种由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。
这类合金由于具有多种主元元素，其混乱度即熵值相对较高。
高熵合金的设计打破了传统合金以一种或两种元素为主的观念，使得多种元素都能在合金中以近等原子比的形式存在，不存在传统合金中的“基体元素”一说，即没有溶质原子和溶剂原子的差别。
高熵合金具有许多理想的性质，如高强度、高硬度、良好的抗断裂能力、抗拉强度，以及优异的抗腐蚀和抗氧化特性，这些都使其在材料科学和工程领域受到广泛的关注。
此外，高熵合金的研究为设计和发展更高性能的金属材料提供了新的可能。
尽管高熵合金的研究可以追溯到20世纪90年代，甚至早在18世纪就有相关的萌芽，但直到近年来，特别是在2010年代，高熵合金的研究才得到了大量的关注和深入的研究。
构型熵（或称为结构熵）是反映合金体系局部结构有序度的重要参数。
它与系统的混乱程度有关，代表了真实物理系统的状态函数。
具体来说，构型熵描述了某个系统中过冷液体与晶体的熵差，这与系统原子或者粒子的离散代表位置有关。
在无序合金体系中，构型熵尤为重要。
它可以看作是多种原子混合后产生的多余的熵，是由材料各组元不同组合方式引起的。
构型熵的计算公式如下：(S_{Str} = -\sum_i (\rho_i \log \rho_i))其中，(\rho_i) 是第(i) 种局域结构所占比例。
这个公式实际上是信息熵的一种应用，它量化了系统的不确定性或混乱程度。
在另一个表示形式中，对于一个包含(N) 个粒子的系统，如果局域结构的种类数为(K)，第(i) 个局域结构的数目为(n_i)，则(\rho_i = \frac{n_i}{N})。
但是，这个表示形式下的结构熵公式似乎有误，因为按照信息熵的定义，它应该是：(S_{Str} = -\sum_i (\rho_i \log \rho_i) = -\sum_i \left( \frac{n_i}{N} \log \frac{n_i}{N} \right))而不是(\log N - (\rho_i \log n_i))。
高熵合金简介PPT课件
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02
高熵合金的特性
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高熵合金
高熵合金由于其具有很 多优异的性能，在过去的 十几年，吸引了大批的研 究者投入其中。到目前为 止，被研究过的高熵合金 大约有400多种，但是相比 起所有的元素组合方式， 这只是很小很小的一部分。 由于多种主元混合带来的 复杂性，人们对于高熵合 金的认识还不够完善。
对这一合金化过程的机理以及其中涉及到的
诸多科学问题基本还没有什么认识。实际上，
现在出现的一些高熵合金体系也只是通过所
谓的鸡尾酒式的方法调配而成，还没有科学
选择合金元素的理论。另外，对它们凝固后
的组织形成以及各方面的性能都还没有清晰
的认识。
高熵合金的研究具有前瞻性，具有学
术研究及应用价值。由于应用潜力多元化，
叶均蔚教授为创造出高熵合金的第一人，
并以神奇的「金属调合学」来形容。
.
4
高熵合金在性能上，也是非常独特的。元素间不同的尺寸和结合力，导致 了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应，保证了合金强硬；凝固过程中保留的大 量缺陷和能量，使得铸态的合金即保留了很大的残余能量，有利于孪晶等的发 生，变现出一系列优异的和特殊的力学行为；多种主元，保证了合金的钝化层 复杂，耐腐蚀性能优越，等等。现在的研究表明，高熵合金在机械性能、耐腐 蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异，目前越来越多的 国内外学者广泛关注！
性能 特点
高强度和高硬度 高耐磨型 高热稳定性 耐腐蚀性
高延展性
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03
高熵合金的应用
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应用
0123 .
利高用熵「合高金熵耐镀合高膜 金温」刀材料进行3D雷 射打印，可做出各 种形状的产品
高熵合金概述ppt课件
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高熵效应
高熵效应在简化微观结构中起着重要作用。 1.形成固溶相，例如bcc和fcc，而不是有序相 或金属间化合物。
BC
FC
2.相数远C远低于最大值
C
根据吉布斯相律有： F = C - P + 1
P=C+1
F ：自由度; C ：系统的组元数（例如化合物的数目）;P ：
③.降水强化机制 它依赖于固体溶解度随温度的变化而产生杂质相的
细小颗粒，这阻碍了位错的移动，并导致材料的硬化增加。
④.HE合金中的析出强化
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三.高熵合金特性与应用
①.出色的抗退火软化性
表1显示在1000℃退火 12h后的硬度。
②.高温强度
AlXCoCrCuFeNi（Fcc） 具有在高温下保持高强度 的优点。
AlCoCrFex合金在高温 下具有比高速钢更高的硬 度。
A：Al0.5CoCrCuFeNi ；B： Al01.0,CoCrCuFeNi ；C：
Al2.0CoCrCuFeNi
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AlCoCrFex合金在高温下具有比高速钢更高的硬度：
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高熵合金的耐磨性：
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高熵合金的应用
①.它可以用作建筑物的防火框架： 锻造Al0.3CrFeMn-X合金在700℃时的硬度比室温时 （Hv300）高，比2-1 / 4Cr-1Mo耐火钢更优异。 金属元素的成本较低。
在该点的相态数目 .
4
为什么高熵效应可以简化微观结构？
高混合熵增强了元素间的互溶性，并防止 相分离成有序相或金属间化合物。
△Smix = RIn n
△Gmix = △Hmix T△Smix
高熵合金
目录摘要 (1)1 绪论 (2)1.1课题的提出 (2)1.2高熵合金的发展趋势 (3)2 实验设计 (4)2.1实验材料的准备及制备工艺选择 (4)2.2X射线衍射试样的制备 (6)3高熵合金X衍射分析 (7)3.1 X射线衍射物象分析原理 (7)3.2高熵合金X射线衍射实验及结论 (7)4 高熵合金的研究现状 (8)5 结论 (10)参考文献 (10)青岛飞洋职业技术学院毕业论文摘要随着合金业的发展，传统的以单一组元为基础发展的合金体系已趋饱和,突破以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架已是冶金科学家的一个追求目标。
20世纪90年代,台湾科学家提出了与传统合金合计设计理念不同的高熵合金设计思路。
高熵合金在近几年的研究中所表现出的各方面的良好性能，引起科学界的普遍关注、积极探索。
纯金属其强度一般都很低，不适合做结构材料。
因此目前应用的金属材料绝大多数是合金。
这种由2种或2种以上的金属、或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的合金正得到越来越广泛的应用[1]。
目前常用的合金有锡青铜、低合金钢、高速钢、不锈钢、高温合金、铝合金、自熔合金等。
几千年来随着其合金体系地发展，人类已开发使用的实用合金系共有30余种。
目前应用的合金系统大多是以单一组元为基础发展起来的，例如钢铁材料和铝合金，Fe基、Ni基、Co基的超合金；起源于20世纪50年代二元基金属间化合物[2]也是1、2种金属为基础发展起来的。
非晶合金（金属玻璃）作为一种新型的合金，其优良的特性和广泛的应用潜能使其制备、发展和应用都得到了普遍关注[3][4]，但其仍没有摆脱基于1～2种主要元素来提高其性能的化合物的特点。
合金中如果元素过多，会形成的许多金属间化合物和复杂相，这些金属间化合物和复杂相会导致合金性能的恶化，如脆性、难以机加工等，同时也给材料的组织和成分分析带来一些很大的困难，阻止了合金向多主元方向发展。
中国台湾学者率先脱离传统合金的发展框架，提出多主元合金高熵合金概念，一种新的合金设计理念由此产生。
高熵合金
高熵合金是傳統合金之外的另一個合金世界，傳統合金幾乎都以一個元素為主，而高熵合金則是由多個主元素所構成，具有較高的熵，這是一個處女地，不但範圍遼闊，多采多姿，而且可以讓我們發掘新材料、新現象、新理論、新功能，並擴展新應用。
傳統合金的合金概念自古以來，金屬材料的發展對人類文明有著極大的影響，人類由石器時代進入銅器時代再進入鐵器時代，幾千年來一直把金銀銅鐵錫等五金當作飾品、器具、工具、武器的主體材料。
工業革命後，尤其是近百年來，人類所開發的合金系統有如雨後春筍，技術更是突飛猛進，不但造就了今天工商發達的局面，並使我們的生活水準大幅提升。
例如鋁金屬一直到一八五五年才由法國人還原獲得，而鋁合金則在十九世紀末才開始發展。
人類利用它輕量化、高反光、耐大氣腐蝕及高導電率等特性，大量應用在交通工具、運動器材、建築門窗、欄杆、電纜線、易開罐等上面，年用量從一九六○年代即超越銅成為僅次於鋼的金屬材料。
至於超合金在一九三○年代開始發展，不但使飛機噴射引擎得以實現，推進力及效能更不斷提高。
若缺乏這些金屬的開發，我們可能還停留在農業社會，無法向前邁進。
整體而言，人類已開發使用的實用合金共有三十餘種系統，每一系統皆以一種金屬元素為主，隨著添加不同的元素而產生不同的合金。
例如鋁合金以鋁為主，加入微量的鎂及矽，可得容易擠型且具有中等強度的鋁門窗材料；若加入適量的鋅、鎂、銅元素，則成高強度鋁合金，可用於飛機、太空船結構體；而鋼鐵材料以鐵為主，加入碳得到碳鋼，碳越多強度越高，當碳含量超過重量百分比 2％時，就成為鑄造性良好的鑄鐵；另若加入鎳、鉻、鉬、釩等元素，可得性能不同的合金鋼。
到現在為止，傳統合金的配方仍不脫離以「一個金屬元素為主」的觀念，人類依此觀念配製不同合金，施以不同的製造加工程序，得到不同的材質，進而應用到不同的地方，都是在這個框架下運轉及收成。
高熵合金的出現我們不禁要問，上帝是否只給我們三十餘種有用的合金系統呢？答案是否定的，研究人員發現我們擁有更多未開發的處女地，七年前有些學者率先跳出了傳統合金的框框，提出新的合金設計理念，即「多元高熵合金」，並進行研究而累積了不少成果，證實這個處女地不但是一個可合成、可加工、可分析、可應用的新合金世界，也是一個具有學術研究及工業發展潛力的豐富寶藏。
(完整ppt)高熵合金
➢ The diffusion coefficient of Ni is the smallest among that of all
constituents
Tsai et al. Acta Mater 2013; 61:4887
Features of HEAs——high phase stability
FeCoNiCrMn高熵合金的组织稳定性 及变形行为
吕昭平 教授
北京科技大学 新金属材料国家重点实验室
Acknowledgements
➢ Students: W. H. Liu, S. Y. Li, H. L. Huang and Z. F. Lei
➢ Collaborators: H. Wang, Y. Wu, and X. J. Liu ➢ National science foundation of China (Nos.
➢With the decrease of testing temperature, both tensile
strength and ductility are increased;
➢The fracture toughness kept almost unchanged;
Promising high-temperature mechanical properties of bcc HEAs
Extremely high toughness of a typical fcc HEA
Bernd Gludovatz et al. Science 2014,345:1153
➢The fracture toughness of
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High yield strength at temperatures
up to 1600oC The strong resistance to hightemperature softening, as compared to the superalloys
Content
Phase formation and stability Grain growth at elevated temperatures Deformation behavior
Alloying effects
In-situ neutron diffraction study of deformation behavior of the FeCoNiCrMn alloy was conducted
(b)
(c)
Texture seems changed with the processing conditions
No second phase was formed during the
rolling/annealing processes
Content
Phase formation and stability Grain growth at elevated temperatures Deformation behavior
National science foundation of China (Nos. 51010001, 51001009, and 51271212) “111” Program (B07003) Program for Innovative Research Team in University
Formation of a single bcc phase The bcc phase is highly stable up to
1600 oC
Features of HEAs——cock tail effect
the effect indicates that
the unexpected properties can be obtained after mixing many elements, which could not be obtained from any one independent element.
The Q value is much higher than that for AISI 304LN
stainless steels, which is only about 150 kJ mol-1
The hardness values at different temperatures closely follow the classical Hall–Petch relationship
In 2004, Multicomponent FeCoNiCrMn alloy firstly reported by Cantor B. with a simple fcc solid-solution structure.
Cantor B et al. MSE A, 2004, 375-377: 213-218.
Phase formation in the as-cast FeCoNiCrMn
Basically the alloy has a single fcc phase
but with a small fraction of unidentified phase (Cr2Mn oxide ?)
The FeCoNiCrMn high entropy alloy showed high phase stability
Definition of high entropy alloys
Still in 2004, the concept of high entropy alloy was firstly introduced by Yeh JW
Yeh JW et al. Adv Eng Mater, 2004, 6: 299-303.
Content
Phase formation and stability
Grain growth at elevated temperatures
Deformation behavior Alloying effects (to enhance high-T mechanical performance)
the ―ideal‖ grain growth in single-phase pure materials
The apparent activation energy for grain growth suggests that sluggish diffusion indeed occurred
The softening mainly from grain coarsening The KHP is larger than 600 Mpa mm-0.5 (the upper-bound for fcc
metals) , suggesting that grain boundary hardening efficiency is obviously higher
Tsai et al. Acta Mater 2013; 61:4887
Features of HEAs——high phase stability
1400oC 19h
As-cast
After compression at 1073 K
Senkov et al. Intermetallics 2011; 19: 698-706
Grain coarsening exhibited a classical power law behavior in the FeCoNiCrMn alloy
n = 3 and D0 = 1.0 mm n is larger than 2 which is for
Liu et al., Scripta Materialia 2013;68:526
1. Phase formation and stability are influenced by not only
chemistry but also processing conditions 2. Effects of alloying additions on phase formation, stability and properties are not as simple as expected
Alloying effects
Grain growth behavior of the FeCoNiCrMn high entropy alloy was studied in detail
70% cold rolled
850C/1h
925C/1h
850C/2h
925C/2h
850C/2h
925C/3.5h
Extremely high toughness of a typical fcc HEA
The fracture toughness of
Bernd Gludovatz et al. Science 2014,345:1153
FeCoNiCrMn exceeds 210 MPa· perature mechanical properties
Features of HEAs——severe lattice distortion
Lattice distortion Solution strengthening effect
Zhou, et al. Appl Phys Lett, 2008, 92: 241917 Senkov ON, et al. Intermetallics, 2011,19:698
(a)
(b)
(c)
The single fcc phase in the
FeCoNiCrMn alloy is stable even after 30 days annealing at 950 oC
The FeCoNiCrMn high entropy alloy showed high phase stability
Interesting physical properties of HEAs: discovery of superconductivity
Ta34Nb33Hf8Zr14Ti11 HEA possesses
P. Koželj et al. PRL 2014,113: 107001
an body-centered cubic structure of lattice parameter a ≈ 3.36 Å. It is a type II superconductor with a transition temperature Tc ≈ 7.3 K
With the decrease of testing temperature, both tensile
strength and ductility are increased; The fracture toughness kept almost unchanged;
Promising high-temperature mechanical properties of bcc HEAs
Diffusion barrier materials
High phase stability ----no interaction with
substrates; Low diffusion kinetics-- --high diffusion resistance at elevated temperatures