(完整ppt)高熵合金
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
.
1
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))。
《CoCrFeNiCu系高熵合金的组织和力学性能》
《CoCrFeNiCu系高熵合金的组织和力学性能》一、引言随着现代工业技术的飞速发展，合金材料因其优异的性能被广泛应用于各种工程领域。
高熵合金作为一种新型合金材料，由于其独特的多主元结构，展现出了优异的力学性能和良好的抗腐蚀性。
CoCrFeNiCu系高熵合金作为其中的一种典型代表，其组织和力学性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将主要对CoCrFeNiCu系高熵合金的组织结构和力学性能进行详细的阐述。
二、CoCrFeNiCu系高熵合金的组织结构CoCrFeNiCu系高熵合金是一种由钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、镍（Ni）和铜（Cu）五种主要元素组成的合金。
这种合金具有较高的熵值，从而形成了一种固溶体结构。
由于多元的组成，合金在凝固过程中会产生多种元素间的相互作用，导致形成复杂的相结构。
首先，该合金的组织结构主要表现在其固溶体相的构成上。
在室温下，这种合金主要由体心立方（BCC）和面心立方（FCC）两种固溶体相组成。
这两种相的比例和分布情况将直接影响合金的力学性能。
其次，除了固溶体相外，该合金还可能存在一些其他相，如碳化物、金属间化合物等。
这些相的存在会进一步影响合金的整体性能。
因此，对这些相的形成条件和性质进行研究，对于理解和控制合金的微观组织具有重要意义。
三、CoCrFeNiCu系高熵合金的力学性能CoCrFeNiCu系高熵合金的力学性能主要体现在其硬度、强度、塑性和韧性等方面。
这种合金的硬度较高，具有较好的耐磨性，这得益于其固溶体相的硬度和稳定性。
同时，由于多元的组成和复杂的相结构，该合金具有较高的强度。
此外，该合金还具有良好的塑性和韧性。
这主要得益于其固溶体相的均匀分布和良好的界面结合。
在受到外力作用时，合金能够有效地吸收和分散能量，从而表现出较好的塑性和韧性。
四、影响CoCrFeNiCu系高熵合金力学性能的因素影响CoCrFeNiCu系高熵合金力学性能的因素主要包括成分、温度、热处理等。
高熵合金简介PPT课件
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高熵合金的特性
.6Βιβλιοθήκη 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，
这种迷思终于被清华大学材料工程
系的叶均蔚教授所推翻，在2004年首先发
表混合5、6种以上等比例金属，由实验证
明可得到性能优秀的合金，自此开创了全
新的材料研究及应用领域。
此翻转传统合金概念的高熵合金也
因而受到最高点数的期刊注意，在5月19日
出版的自然(Nature)期刊作了专题报导「多
元金属合成的更强更韧更延合金」，认可
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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7
03
高熵合金的应用
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8
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
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04
高熵合金的发展前景
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前景展望
高熵合金的研究还是一块处女地，无
论理论研究和实验研究结果都非常少。人们
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。
(完整版)CuZr等原子比合金
4
2 高熵合金的特性与制备方法
高熵效应和迟滞扩散效应
➢ 高熵效应：高熵合金中元素种类较多，因此合金系统具有较高的熵 值，而金属间化合物的相是有序的，从而其混合熵较低，因此金属间化 合物的形成得到抑制而倾向于产生结构简单的晶体或者非晶相，从而产 生了高熵效应。 ➢ 迟滞扩散效应：应近几年，Yeh等人研宄发现HEAs与不锈钢和纯金 属相比，其元素的扩散速率最低，这导致HEAs产生迟滞扩散效应。这 种效应导致晶体形核容易但是长大难，因此通常用于解释HEAs中纳米 尺寸析出物的产生。
Tx (℃) Tp(℃) Tm (℃) 烧结温度（℃）
E3 692 716 1279 700 1050 E4 682 702 1278 690 1100
➢ 两种合金粉末均出现了放热峰，
表明合金发生晶化行为，这也证明
了非晶相的存在。
Fig. 2. DSC traces of as-milled E3 and E4 alloys at 20 K/ min heating rate (a, b), and FESEM
• 球磨10 h,有富Zr-hcp类的固溶 体相。
• 球磨到120 h，一个完全的非晶 相产生，且到200h非晶相依然 稳定的存在。
• 球磨10 h,Al和Ti元素均完全固 溶，出现富Zr-hcp和富Ti-hcp 类型的固溶体附峰；
• 球磨20h后，只有非晶相及富 Zr-hcp固溶体存在。
• 球磨30h后出现完全的非晶相。
Al、Ti、Ni添加制备CuZr等原子 比合金及结构和性能
报告人：**导师：
汇报内容
1
研究背景及意义
2 高熵合金的特性与制备方法
3
材料科学中的高熵合金
材料科学中的高熵合金从工业革命以来，人类对于新材料的开发一直是一项重要的任务。
随着科技的进步，材料科学也逐渐成为了一个重要的研究领域。
高熵合金作为材料科学的一个研究热点，受到了越来越多的关注。
什么是高熵合金？高熵合金，又称为熵稳定合金，是一种由多种元素组成、成分相近的合金。
与传统材料不同的是，高熵合金由于元素的数量众多以及元素相近，使得合金中的晶粒变得复杂多样，从而在材料的微观结构上具有无序和均匀的特点，因此在许多方面具有非常优良的物理性质和力学性能。
高熵合金的应用高熵合金的应用非常广泛。
它可以用于制备各种高硬度钢、高韧性材料、机械零件的制造等。
在航空航天和电子等领域，高熵合金也可以被用作热障涂层、电极材料、电池电极等。
高熵合金的特点高熵合金的成分复杂，晶体结构复杂多样，因而它有许多特点。
首先，高熵合金的多元是有规律的，也就是元素的比例在合金中是平均且均匀的。
其次，高熵合金的微观结构是无序的，这使得它在热力学方面具有非常强的稳定性。
这种无序结构可以减小合金在高温下的变形和蠕变现象。
此外，高熵合金的强度和硬度也特别高，可以达到许多传统材料所无法达到的水平。
如何制备高熵合金？制备高熵合金的方法非常繁多。
其中比较常用的方法包括熔融混合法、机械合金化法和热处理等方法。
熔融混合法是在高温下把多种元素混合在一起，形成高熵合金。
机械合金化法是通过机械活化改变材料的性质，使其在真空或惰性气体环境下可以得到高熵合金。
而热处理是在高温下进行，通过控制不同元素的分布和比例，制备高熵合金。
高熵合金的未来随着材料科学的发展，高熵合金的研究也将逐渐深入。
基于高熵合金多元无序、高熵热稳定等多项特点，未来高熵合金应用将更广泛。
同时，随着人类对空间、能源等领域的深入开发，高熵合金也将继续得到重视。
从这个角度来看，高熵合金无疑将在其未来发展中扮演重要的角色。
总之，高熵合金是当前材料科学研究的热点之一，它的特殊性能和广泛应用前途，使得它有着非常广泛的应用前景和发展空间。
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➢ 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
FeCoNiCrMn exceeds 210 MPa·m-1/2
Abnormal low-temperature mechanical properties
Interesting physical properties of HEAs: discovery of superconductivity
P. Koželj et al. PRL 2014,113: 107001
Senkov et al. Intermetallics 2011; 19: 698-706
➢High yield strength at temperatures
up to 1600oC
➢The strong resistance to high-
temperature softening, as compared to the superalloys
51010001, 51001009, and 51271212) ➢ “111” Program (B07003) ➢ Program for Innovative Research Team in University
Traditional alloys are mostly based on one primary element
FeCoNiCrMn
Actually HEAs alloy have a simple solid-solution structure (mainly fcc or bcc) !!
Featuresortion
Lattice distortion Solution
Cantor B et al. MSE A, 2004, 375-377: 213-218.
Definition of high entropy alloys
Still in 2004, the concept of high entropy alloy was firstly introduced by Yeh JW
strengthening effect
Zhou, et al. Appl Phys Lett, 2008, 92: 241917 Senkov ON, et al. Intermetallics, 2011,19:698
Features of HEAs——sluggish diffusion
➢Constituent elements in the HEA matrix diffuse much slowly
Yeh JW et al. Adv Eng Mater, 2004, 6: 299-303.
Simple phase formation but complex metallurgical phenomenon
Cu-Zr binary alloy system
The Gibbs Phase Rule P=N+1-F When N=5, P=6
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.
Steels (Fe), Al alloys, Ti alloys, Mg alloys, Supper alloys (Ni)
Discovery of high entropy alloys
In 2004, Multicomponent FeCoNiCrMn alloy firstly reported by Cantor B. with a simple fcc solid-solution structure.
1400oC 19h
As-cast
After compression
at 1073 K
Senkov et al. Intermetallics 2011; 19: 698-706
➢Formation of a single bcc phase ➢The bcc phase is highly stable up to