激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究进展
高熵合金涂层的研究现状
高熵合金涂层的研究现状许诠;刘谦;黄燕滨;谢璐;黄俊雄;王昕阳【摘要】综述了高熵合金的概念与特性,介绍了高熵合金涂层的设计和制备手段.重点讨论了激光熔覆、磁控溅射和热喷涂这3种制备高熵合金涂层的技术手段的原理、特点及国内外的研究现状,展望了高熵合金涂层的研究和应用前景.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】8页(P326-333)【关键词】高熵合金;涂层;激光熔覆;磁控溅射;热喷涂;综述【作者】许诠;刘谦;黄燕滨;谢璐;黄俊雄;王昕阳【作者单位】陆军装甲兵学院,北京 100072;陆军装甲兵学院,北京 100072;陆军装甲兵学院,北京 100072;北京科技大学,北京 100083;陆军装甲兵学院,北京 100072;陆军装甲兵学院,北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TG131;TG174.44520世纪90 年代，叶均蔚等人[1-2]摒弃了主次元成分概念，创造性地提出了“高熵合金”这一全新的合金设计理念，并成功制备出高熵合金块体，打破了传统合金体系发展的桎梏。
高熵合金以多种元素作为基本组元，以材料的“序参量”、“熵参量”为切入点进行研究和发展，是通过改变和调制材料空间结构和化学占位上的“序”，以多主元混合引入“化学无序”而获得的新型材料[3]，引起了学术界的广泛关注。
由于具备独特的高熵效应，高熵合金的结构大多表现为简单的体心立方(BCC)、面心立方(FCC)和密排六方(HCP)固溶体相，因而具备远超传统合金的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和热阻[4-6]。
目前，块状的高熵合金主要通过熔铸法获得，但高昂的制备成本严重阻碍了高熵合金的广泛应用。
表面涂层技术是在对零件表面提升改性的同时降低成本的有效手段，利用表面工程技术设计并制备高熵合金涂层是推动高熵合金向多功能运用、高附加值发展的不二之选。
本文梳理和总结了当下高熵合金涂层的研究现状，并对其未来的发展进行了展望。
激光增材制造AlxCoCrFeNi高熵合金的组织与性能
第 1 期第 220-230 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.220-230第 52 卷2024 年 1 月激光增材制造Al x CoCrFeNi 高熵合金的组织与性能Microstructure and properties of Al x CoCrFeNi high entropy alloys fabricated by laser additive manufacturing于丽莹1，王晨1，2，朱礼龙1，张华1，黄海亮1，阮晶晶1，张尚洲1，江亮1，周鑫1*（1 烟台大学 精准材料高等研究院，山东 烟台 264005；2 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙410083）YU Liying 1，WANG Chen 1，2，ZHU Lilong 1，ZHANG Hua 1，HUANG Hailiang 1，RUAN Jingjing 1，ZHANG Shangzhou 1，JIANG Liang 1，ZHOU Xin 1*（1 Institute for Advanced Studies in Precision Materials ，Yantai University ，Yantai 264005，Shandong ，China ；2 State Key Laboratory of PowderMetallurgy ，Central South University ，Changsha 410083，China ）摘要：为了研究Al 含量对FeCoCrNi 合金组织性能的影响，采用多路送粉激光熔覆设备高通量制备Al x CoCrFeNi 高熵合金（0≤x ≤0.9），通过X 射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和显微硬度计测试合金的相组成、显微组织结构、成分和硬度。
结果表明：随着Al 含量的增加，Al x CoCrFeNi 高熵合金由单一FCC 相（x ≤0.35）转变为FCC+BCC 双相结构（0.35<x <0.85），最后转变为单一BCC 结构（x ≥0.85）。
高熵合金的研究现状
合金 结构简 单， Ａｌ 元 素 对 合 金 结 构 转 变及 硬度 、 摩 擦磨 损行 为起 到重 要
Ｉ Ｎ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ
为 真空 电弧 炉熔 铸法 ， 其 他 的制备 方 法有 ： 机械合 金化法 、 电化学 法 、 热喷 涂法、 磁控 溅 射法 、 粉 末 冶金法 、 激 光
熔 覆法 。 其 中激 光熔 覆法 是 最近 发展 女 表 面 ｅ Ｎｉ Ｔｉ Ａｌ Ｃ ｏ Ｃｒ Ｃｕ 系
度。 研究表明， 高 熵 合 金在 １ ０ ０ ０ ℃的 高 温下进 行 长时 间（ 约１ ２ ｈ ） 的热处 理 后， 硬度 不降反升 ， 与传 统合金形 成了
＝ 高熵合金的制备方法与性 Ｏ． ９ ２ ０ １ ４圜
Ｉ 。
在合金 基体 内部形成纳 米晶颗粒 。
③高 熵 合金 拥有 极 大 的混乱 度 ，
特 别是 在高 温 下 ， 其混 乱度 将 会变 得 更大 。 根据 合金 自由能越低 ， 则合 金系
械性能 也将 会产生极 大的变化 。
⑥高熵合金 中总有一些元素 ， 如铝 （ Ａ１ ） 元素 ， 会使合金产 生致密氧化 物，
Ｉ Ｎ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ Ｉ 匪薹
高熵合金的研究现状
■ 文 ／邱 星武 四川建 筑职业技术 学院
高 熵合 金 又称 高混 乱度 合 金 ， 是 由我 国台 湾学 者 在 ２ ０ 世纪 ９ ０ 年 代率 先 打破 传 统合 金设 计模 式 ， 提 出 的新 合 金设 计 理念 ， 并成 功采 用真 空 电弧 炉 熔铸 法 制备 了高 熵合 金 。 高熵 合 金 所 含元 素为 ５ 种或５ 种 以上 ， 该类合 金
统 越趋 于 稳定 的原 则 ， 高熵 合 金在 高 温 下 的稳 定性 依然 极高 ， 固溶 强化 依
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
浅谈激光熔覆技术研究进展
浅谈激光熔覆技术研究进展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面工程技术，自其诞生以来，就因其在材料改性、表面强化和零件修复等方面的独特优势，受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束将涂层材料快速熔化并与基材形成冶金结合，从而实现对基材表面的强化和改性。
随着科学技术的不断发展，激光熔覆技术在基础理论、材料体系、工艺技术和应用领域等方面都取得了显著的进展。
本文旨在全面概述激光熔覆技术的研究进展，通过梳理国内外相关文献和研究成果，分析激光熔覆技术的最新发展动态和趋势。
文章将首先介绍激光熔覆技术的基本原理和特点，然后重点讨论激光熔覆材料的研究现状，包括涂层材料的种类、性能要求及制备方法。
接着，文章将探讨激光熔覆工艺技术的优化与创新，包括激光参数、送粉方式、预热处理等因素对熔覆层质量的影响。
文章将展望激光熔覆技术在不同领域的应用前景，尤其是在航空航天、汽车制造、生物医学等领域的应用潜力。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考，推动激光熔覆技术的进一步发展和应用。
二、激光熔覆技术原理及特点激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，它利用高能激光束对基材表面进行快速加热，使预置的涂层材料在基材表面熔化并与基材形成冶金结合。
这种技术结合了激光技术和冶金技术的优点，能够在短时间内实现材料的快速熔化和凝固，从而改善基材的表面性能。
激光熔覆技术的原理主要包括激光与物质的相互作用、涂层材料的熔化和铺展、以及熔池的形成与凝固等过程。
在激光束的作用下，涂层材料迅速熔化，并与基材表面形成熔池。
随着激光束的移动，熔池逐渐铺展并填充基材表面的缺陷和不平整处。
随后，熔池迅速冷却并凝固，形成与基材牢固结合的涂层。
激光熔覆技术具有许多显著的特点。
激光束的能量密度高，加热速度快，能够实现涂层材料的快速熔化和凝固，减少热影响区和热变形。
激光熔覆技术能够实现精确控制，通过调整激光功率、扫描速度和涂层材料的成分等参数，可以制备出具有不同性能和功能的涂层。
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展激光熔覆高熵合金涂层是一种应用于材料表面改性工艺中的新型技术。
高熵合金是指由五种或更多元素构成的合金，具有优异的力学性能和化学稳定性。
激光熔覆是一种通过高能量密度激光束将粉末材料瞬间熔化并喷射到基体表面形成涂层的过程。
本文将对近年来激光熔覆高熵合金涂层的研究进展进行探讨。
近年来，激光熔覆高熵合金涂层的研究逐渐受到关注。
首先，研究人员通过调控激光功率、扫描速度和激光束偏转等参数，成功制备出了具有较好性能的高熵合金涂层。
例如，通过优化激光功率和扫描速度可以有效控制涂层的微观结构和组织形貌，提高涂层的致密性和界面结合力。
此外，通过使用激光束偏转技术，可以实现对涂层表面的复杂几何形状进行加工。
其次，研究人员还通过合金元素的选择和调节，进一步改善了高熵合金涂层的性能。
例如，增加合金元素含量可以提高涂层的硬度和耐磨性，而添加助剂元素则可以改善涂层的耐腐蚀性能。
此外，研究人员还尝试了不同组元比例的高熵合金涂层，并通过分析其相组成和组织结构，探索了合金元素对涂层性能的影响机制。
此外，研究人员还对激光熔覆高熵合金涂层的力学性能进行了深入研究。
通过压缩试验、拉伸试验和硬度测试等手段，研究人员评估了高熵合金涂层的力学性能。
研究结果表明，高熵合金涂层具有较高的硬度和优异的抗磨损性能，且其力学性能与传统合金涂层相比具有较大优势。
最后，研究人员还对激光熔覆高熵合金涂层的应用进行了拓展。
由于高熵合金涂层具有良好的耐磨、耐腐蚀和高温性能，可以应用于航空航天、汽车制造和能源领域等多个工业领域。
例如，在汽车发动机缸体上涂覆高熵合金涂层，可以提高其耐磨性和使用寿命。
在航空航天领域，高熵合金涂层可以应用于发动机涡轮叶片和航空发动机冷却片等高温部件。
因此，激光熔覆高熵合金涂层具有广阔的应用前景和市场潜力。
综上所述，激光熔覆高熵合金涂层的研究进展在材料表面改性领域具有重要意义。
通过合理地选择合金元素、优化加工参数和控制涂层结构，可以制备出具有优异性能的高熵合金涂层。
激光熔覆高熵合金涂层的研究现状及存在的问题
激光熔覆高熵合金涂层的研究现状及存在的问题激光熔覆技术是一种常用的表面改性技术，可以通过在基材表面刻蚀得到所需的复杂结构和性能，广泛应用于冶金、航空航天、汽车等行业。
高熵合金是一种特殊的合金材料，具有出色的力学性能和耐热性能，在高温和高应力环境下表现出优异的综合性能。
因此，研究激光熔覆高熵合金涂层对于提高材料表面性能具有重要意义。
本文将从高熵合金及其涂层的特点、激光熔覆技术的应用、研究现状和存在的问题等方面进行综述。
一、高熵合金的特点高熵合金是一种由五种或更多元素构成的合金，其中每种元素的摩尔含量相近。
高熵合金与传统合金相比具有以下几个显著特点：1. 多元元素：高熵合金由多种元素组成，具有均匀的化学成分，这使得它们在合金的微结构上具有很高的复杂性。
2. 高熵性：高熵合金的熵值接近理论熵上限，即具有高度混乱的排列态。
这种高度混乱的排列方式使得高熵合金具有出色的力学性能和耐热性能。
3. 均匀性：高熵合金中各种元素的分布是均匀的，这使得高熵合金具有很高的韧性和抗腐蚀性。
二、激光熔覆技术的应用激光熔覆是一种基于激光焊接的表面改性技术，通过在基材表面加热并熔化材料，然后迅速冷却形成涂层，可以有效地提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
激光熔覆技术在冶金、航空航天、汽车等行业具有广泛的应用，可以大幅提高材料的使用寿命和性能。
三、激光熔覆高熵合金涂层的研究现状目前，对于激光熔覆高熵合金涂层的研究主要集中在以下几个方面：1. 材料开发：研究者通过调控高熵合金中的元素含量和种类，寻找合适的高熵合金材料，以提高涂层的性能。
2. 工艺优化：激光熔覆工艺参数的选择对于涂层的性能具有重要影响。
研究者通过优化激光功率、扫描速度、熔覆层数等参数，以提高涂层的致密性和硬度。
3. 相变控制：高熵合金涂层的相变过程对于涂层性能具有重要影响。
研究者通过控制激光熔覆参数和熔覆材料的组成，以控制涂层相变过程，提高涂层的力学性能和耐热性能。
高熵合金的制造工艺、性能及应用研究
高熵合金的制造工艺、性能及应用研究任务书1．设计的主要任务及目标1）掌握高熵合金的概念、了解高熵合金和传统合金的区别2）掌握高熵合金的制造工艺。
3）掌握高熵合金的性能特点及其应用。
通过查阅文献获得高熵合金的具体制造工艺、各种性能指标及应用范围。
2．设计的基本要求和内容1）查阅10篇以上的科技文献。
2）完成毕业设计的各项任务3）完成毕业设计的开题答辩、中期检查。
4）按照毕业论文的撰写要求完成毕业论文、参加答辩。
3．主要参考文献[1]李建忠，张志．《多主元高熵合金FeCoNiCuxA1微观组织结构和性能》J．中国材料科技与设备，2008.6[2]李安敏，张喜艳．《Al对Al-Cr-Cu-Fe-Ni高熵合金的组织与硬度的影响》J．热加工工艺，2008，37(4)：26-28．[3]高家诚，李锐《AlZnSnSbPbMnMg高熵合金显微组织和耐热性的研究》重庆大学材料科学与工程学院。
[4]张林，边秀房.《铝硅合金的液相转变》j.1995，4．进度安排高熵合金的制造工艺、性能及应用研究摘要:中国台湾学者首次制备高熵合金的方法是真空电弧炉熔铸法, 而后应用磁控溅射方法制备多主元高功能合金镀膜。
近期印度学者应用机械合金化的方法也成功制备了高熵合金。
高熵合金可以采用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜, 使其应用多姿多彩。
作为一种新型的合金材料，高熵合金表现出许多优良的特性，其中极高的硬度、强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性以及良好的塑韧性等是其显著特点。
多主元高熵合金表现出与传统合金不同的特性，而且通过不同的元素搭配可获得种类繁多的新型合金。
高熵合金不同于传统合金的设计理念为新型合金打开了一扇新的大门，是通向另外一个合金世界的窗口。
高熵合金所具有的结构特性和性能特性使其具有广阔的应用前景。
关键词：高熵合金，特性，应用Hi gh entropy alloys manufacture process, performance andapplication researc hAbstract:Chinese scholars in Taiwan for the first time the preparation of high entropy alloys is the vacuum arc furnace smelting method, and application of magnetron sputtering method preparation of many principal component function of high alloy coating. The recent Indian scholar application of mechanical alloying method has high entropy alloys was successfully achieved. High entropy alloys can be used in a traditional casting, forging, powder metallurgy, spraying and coating method to make a piece of material, coating, or thin film, make its application more colorful.As a new type of alloy material, high entropy alloys exhibit many excellent characteristics, including high hardness, strength, good thermal stability and corrosion resistance and good plastic toughness is its salient features. Many principal characteristics of high entropy alloys show different from the traditional alloy, and through different element collocation can obtain a wide variety of new type alloy.Different from traditional high entropy alloy design concept for the new type of alloy opens a new door, leads to another alloy window of the world. Structure features and performance characteristics of high entropy alloys have has the broad application prospect.Keywords: High entropy alloys, characteristics, application目录1前言 (1)1.1概述 (1)1.2论文研究的目的及意义 (2)1.3高熵合金的研究现状 (4)2高熵合金相关概念 (12)2.1高熵合金的定义 (12)2.1.1固溶体混合熵的定义 (12)2.1.2高熵合金的界定 (13)2.2高熵合金的理论依据 (14)3高熵合金的制备、性能及应用 (16)3.1高熵合金的制备 (16)3.1.1激光熔覆熔炼法 (16)3.1.2电弧熔炼法 (16)3.1.3高频感应炉加热熔炼 (17)3.1.4其他熔炼方法 (18)3.2高熵合金的性能 (18)3.3多主元效应 (19)3.4高熵合金的应用 (21)4高熵合金涂层的金相组织观察 (24)4.1仪器介绍 (24)4.2金相组织观察 (25)结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)1前言1.1概述自古以来,金属材料的发展对人类文明就有着极大的影响,人类由石器时代进入铜器时代再进入铁器时代,几千年来一直是把金银铜铁锡等五金当作饰品、器具、工具、武器的主体材料。
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宁等
・１３３・
激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究进展＋
刘
宁１’２，朱智轩１，金云学１，王小京１，高杏燕１
（１江苏科技大学材料科学与工程学院，镇江２１２００３；２西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安７１００７２） 摘要 高熵合金是由五种或五种以上元素按照等物质的量比或近等物质的量比进行混合形成的合金，具有杰
万方数据
・１３４・
材料导报Ａ：综述篇
２０１４年３月（上）第２８卷第３期
序固溶体ＢＣＣ结构，具有较高的硬度（９００ＨＶ¨），且结构 和硬度的高温稳定性好。另外，经６００℃退火５ ｈ后，熔覆涂 层的枝晶和枝晶间的小角度晶界转变为大角度晶界，晶粒被
细化嘲。
Ｈｕａｎｇ
Ａｌ：ＣｒＦ《ｏＣｕＴｉＮｔ高熵合金涂层样品由熔覆区、边界区和 热影响区组成，熔覆区主要由轴晶、纳米晶和细的白色结晶 组成，涂层边界和衬底结合良好，样品的表面显微硬度达到
１１０２
ＨＶ，是基体的４倍左右。涂层在１ ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶
Ｃａｎ等［１０］对基体进行４５０℃预热，选择激光束
液和３．５％ＮａＣｌ溶液中具有良好的耐腐蚀性。另外，研究表 明激光熔覆Ａ１ＣｒＦｅＣｕＣｏ高熵合金涂层微观组织主要为 ＦＣＣ和ＢＣＣ固溶体相，存在元素偏析，合金具有优良的耐腐
蚀性能‘１６］。
出的力学性能、物理及化学性能，应用潜力巨大。作为一种新型的表面处理技术，激光熔覆与高熵合金相结合，为高
熵合金的应用开辟出了又一空间。介绍了目前国内外采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究现状，并展望了其 发展前景。 关键词
激光熔覆高熵合金涂层
中图分类号：ＴＧｌ４６．４
文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｃｌａｄｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ Ｐｒｅｐａｒｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ
Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ｔｉｏ
ｏｒ ｎｅａｒ
Ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｍｉｘｅｄ ｂｙ ｆｉｖｅ
Ａ１ｚＯ。以及少量的ｖ２ ０５是氧化性能提高的关键。另外，经 ８００℃／２４ ｈ真空退火处理后，ＴｉＶＣｒＡｌＳｉ涂层的组成为（Ｔｉ， Ｖ）ｓＳｉ。、Ａ１８（Ｖ，Ｃｒ）；和ＢＣＣ相，Ａｌ。（Ｖ，Ｃｒ）。相的出现使涂层
２分析与展望
综上所述，激光熔覆高熵合金涂层硬度较高且具有良好 的耐热性、耐腐蚀性和耐磨损性能，涂层组织中的成分偏析 倾向以及添加元素对其微观组织影响的研究也取得了良好 的进展。但是，由于激光熔覆的加热和冷却速度极快，势必 会造成熔覆层与基体材料之间温度梯度和热膨胀系数的差
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓ
ｎｅｗ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ，ａｎｏｔｈｅｒ ｓｐａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉ—
ｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙｓ ｗａｓ ｏｐｅｎｅ＆Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙ
０引言
自从２００４年被首次提出以来，多主元高熵合金［１］以其 优异的性能和潜在的应用前景迅速成为材料领域又一研究 热点。目前，对高熵合金的研究主要集中在真空电弧熔铸块 体材料上，这导致其制备尺寸受到了很大限制；且制备所使 用的金属大都较昂贵，致使生产大型零件的成本太高。而制 备高熵合金涂层既能避免上述弊端，又可以获得优异的使用 性能。目前，有研究者采用电化学沉积［２］和磁控溅射［３“］方 法制备出高熵合金涂层，但因涂层厚度太小，不能满足高强 度的应用场合。且上述工艺较为复杂，不利于高熵合金涂层 的大规模应用。激光熔覆具有高的加热和冷却速率，对基体 的热影响小，熔覆层晶粒细小且在基体中分布均匀，涂层与 基体为冶金结合，结合强度高，涂层厚度最高可达到几毫
ｉ０００
覆技术制备高熵合金涂层具有工艺和理论上的可行性，已成 为高熵合金研究的一个新热点。 １
激光熔覆技术制备高熵合金涂层
激光熔覆技术是２０世纪７０年代随着大功率激光器的
℃退火处理后，激光熔覆ＦｅＣｏＮｉＣｒＡｌ：Ｓｉ高熵合金涂层为有
＊国家自然科学基金（５１２０１０７２）；凝固技术国家重点实验客观存在开放课题（ＳＫＬＳＰ２０１２０９）；江苏省高校青蓝工程项目 刘宁：女，１９７６年生，博士，副教授，研究方向为快速凝固理论与技术、高熵合金Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎｌｙｒｍ＠１２６．ｃｏｒｎ
织和性能。
层质量的一个重要因素，而目前关于涂层韧性的研究却很 少。另外，添加特定元素带来优良性质的同时也带来了不利 的影响，如韧性变差、偏析等，因此如何选择合适的元素及其 添加量仍有待进一步探索研究。而且，不同的工艺参数会对 高熵合金涂层的成形质量以及微观组织结构等产生很大的 影响，所以寻找合适的工艺参数是制备高熵合金涂层的一个 重要研究方向。此外，涂层热处理方面的研究较少，尚需探 索合理的热处理工艺以获得良好的组织和综合性能。目前， 理论研究仍是重点，如涂层组织的形成机制，高混合熵与快 速凝固过程中焓变的相互作用对形成固溶体的影响以及固 溶体的热稳定性等。此外，完善制备方法、热处理工艺，进行 特定性能高熵合金涂层的设计以及寻找更具实用性的高熵 合金材料也是研究的～个重要方面。 国内外关于激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究最 早见报于２０１０年，此领域的研究才刚刚起步，尚处于初级阶 段，更未见进入实际工业应用的报道。但不难看出，在现有 的研究成果中，激光熔覆高熵合金涂层已经显示出诸多优异 性能，相信随着研究的深入以及制备技术和成分设计的不断 完善，必将为高熵合金涂层开辟出广阔的应用空间。
ｏｒ
ｍｏｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ
ｔｏ
ｆｏｒｍ
ａｎ
ａｌｌｏｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｔｈｅ ｅｑｕｉｍｏｌａｒ
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ｅｑｕｉｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ．Ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａ
ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙ ｈａｓ ｈｕｇｅ
ｓｒ
ｃｏａｔｉｎｇ
ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｌａ—
ｃｌａｄｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ，ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙｓ，ｃｏａｔｉｎｇ
米［５’６］。并且，可作为熔覆层的粉末范围广泛，因此，激光熔
发展而兴起的一种新的表面改性技术。目前，激光熔覆技术 主要用于制备镍基、钴基、铁基合金涂层以及添加陶瓷颗粒 增强的合金涂层。而借助激光熔覆技术制备高熵合金涂层 的研究尚处于起步阶段，主要集中于微观结构、性能以及合 金中一些元素含量的变化对涂层的相结构、硬度、耐磨性、耐 腐蚀性和磁性能的影响规律等。 早期的相关研究主要集中于在不同钢基体上激光熔覆 高熵合金涂层。马明星等［７３采用激光熔覆方法在４５＃钢基 体上获得了成形良好的Ａ１ＣｏＣｒＮｉＭｏ高熵合金涂层，涂层组 织由共晶体和网状联接物组成，平均硬度在９５０～１２５０ＨＶ０．： 之间，涂层在８００℃下仍能保持７００ＨＶｏ．。的硬度，随着Ａｌ含 量的增加，Ａ１。ＣｏＣｒＮｉＭｏ涂层的相结构变得简单，网状联接 的耐腐蚀相减少，涂层硬度虽略有降低，但始终在９５０ＨＶｏ．：
功率２ ｋｗ，扫描速率为３．０ ｍｍ／ｓ，进料速率２ ｇ／ｍｉｎ，样品 表面的激光束直径２．５ ｍｍ，间距为１．５ ｒｎｌＴｌ，在Ｔｉ～６Ａｌ一４Ｖ 合金基体上获得了裂纹和缩孔较少的ＴｉＶＣｒＡｌＳｉ高熵合金 涂层，且涂层与衬底结合良好，涂层组织由ＢＣＣ基体和分散 的（Ｔｉ，Ｖ）ｓＳｉ。析出物组成，高硬度的（Ｔｉ，Ｖ）；Ｓｉ。相和相对韧 性较高的ＢＣＣ相基体相组合，提高了Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ合金的耐磨 性。而且，ＴｉＶＣｒＡｌｓｉ涂层能够有效提高Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ合金基 体的耐氧化性，致密粘附在基体上的Ｓｉｏｚ、Ｃｒ２０３、Ｔｉ０２、
异，可能会导致熔覆层中的多种缺陷。涂层的韧性是决定涂
硬度略有增加口１｜。可见，选择合理的工艺参数以及对基体进 行预热能够减少涂层缺陷，并有利于涂层与衬底的结合。上 述研究表明，在不同钢基体上激光熔覆高熵合金涂层能够有 效改善基体表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和耐氧化 性，同时合理的热处理工艺能够显著改善高熵合金涂层的组
在激光熔覆高熵合金涂层中添加合金元素或碳化物，是 改善涂层组织和性能的另一途径。Ｚｈａｎｇ Ｈｕｉ等［１２］发现，Ｓｉ、 Ｍｎ和Ｍｏ元素添加前后ＦｅＣｏＮｉＣｒＣｕ高熵合金涂层均由简 单ＦＣＣ固溶体相组成。未添加Ｓｉ、Ｍｎ和Ｍｏ的涂层显微组 织主要由柱状晶粒和等轴晶粒组成，各种合金元素均匀地分 布在合金中，其显微硬度达到了３７５ＨＶｏ．。，这比电弧熔化相 同成分合金的硬度高大约５０％，但是这种涂层的韧性很差； 添加Ｓｉ、Ｍｎ和Ｍｏ后涂层的质量大大提高，显微硬度增加到 ４５０ＨＶｏ；，但是带来了成分偏析造成的不利影响，涂层的微 观形貌转变为枝晶并伴随着枝晶间区域无序到有序的结构 转变。上述研究表明，激光熔覆高熵合金涂层能够显著提高 合金硬度，但如何选择合适的添加元素以避免成分偏析仍有 待研究。添加不同含量ＷＣ的ＦｅＣｏＣｒＮｉＣｕ高熵合金涂层 均由简单的ＦＣＣ和Ｂ（℃两相组成［１３｜。随着ＷＣ含量的提 高，涂层中ＦＣＣ相含量不断减少，ＢＣＣ相含量不断增加。
ＷＣ颗粒在激光熔覆过程中发生溶解并完全溶人ＦＣＣ相和
参考文献
１叶均蔚，陈瑞凯．高熵合金ＥＪ］．科学发展，２００４，３７７（５）：１６