高熵合金的研究进展

邓景泉1，操振华2

（1.滁州学院机械学院，安徽滁州239000；2.南京大学现代工程与应用科学学院，南京210093）

摘要：高熵合金（HEAs）是多主元合金设计理念下正处在探索阶段的新型合金。本文从高熵合金的成分、相结构、制

备工艺及性能等方面归纳、分析、综述了国内外最新研究进展，文章结尾讨论了该类合金的研究及发展趋势。

关键词：高熵合金；多主元；结构性能

中图分类号：TB331；TF133；TB304文献标志码：A文章编号：1673-2928（2018）06-0011-05

收稿日期：2018-08-20

基金项目：国家自然科学基金（51671103）。作者简介：邓景泉（1966-），男，安徽蒙城人，博士，副教授，主要从事金属材料工艺及性能研究。DOI:10.19329/j.cnki.1673-2928.2018.06.0042018年11月第17卷第6期（总第96期）安阳工学院学报JournalofAnyangInstituteofTechnologyNov,2018

Vol.17No.6（Gen.No.96）

2004年我国台湾Yeh在AdvancedEngineering

Materials第一次提出了高熵合金的概念[1-2]，至今被

引用800余次。高熵合金应用是一个全新的设计

理念：多组员，4种或5种及以上；多主元，即每种合

金元素的原子百分比相等或近似相等，每种元素

都是主要元素，构成纳米尺度的材料复合，产生

“鸡尾酒”效应（如图1所示）。根据热力学知识，形

成合金的自由能为：ΔGmix=ΔHmix－TΔSmix。当

合金的混合熵高到一定程度，其足以抵消混合焓

的作用时，高熵的状态是自由能为负、相对稳定的

状态[3]。合金系的混乱度高即体系的混合熵高，合

金的有序度差，趋向于生成具有简单结构的相，而

且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相律所

预测的合金体系平衡相数目[4-5]。高熵合金由于多

主元原子尺寸差异导致晶格各个阵点位置不同程

度的偏移，产生晶格畸变。

图1五元体心立方结构高熵合金晶格示意图Yeh[6]分析了CuNiAlCoCrFeSi合金X射线衍射

峰的矮化、宽化数据，同一层原子面的高低不平，

这使得X射线在衍射过程中，在不平整的布拉格面上产生明显的散射，衍射峰出现矮化、宽化，计算

的理论值与实验数据基本吻合，证明了晶格畸变

的存在。Guo[7]通过中子衍射研究ZrHfNb等多主元

高熵合金，也证明了晶格畸变的存在。2013年，TsaiKY[8]通过FeCoNiCrMn体系中不同的高温扩

散偶实验，发现5个组元元素在该高熵合金基体中

的扩散速率都要远低于其他单主元合金，表明在

高熵合金中的畸变晶格应力场对扩散的阻碍以及

大量不同原子困难的协调扩散导致。“鸡尾酒”效

应，即多种主元高熵合金可以看作是原子尺度的

复合材料，多种元素的本身特性和元素之间相互

作用使高熵合金呈现一种复杂效应，印度的科学

家最早提出Ranganathan即“鸡尾酒效应”[9]。如果

合金由较多的抗氧化元素，如铝、硅，则合金的高

温抗氧化能力就会提高。1高熵合金的成份及组织结构

1.1高熵合金微观结构

1.1.1面心立方固溶体结构的高熵合金

早期的高熵合金体系多以CoCrFeNi四元面心

立方固溶体为基体，加入其他元素提高性能。Yeh

等加入Cu形成以CoCrCuFeNi为代表的面心立方

固溶体结构的高熵合金[1]；Cantor等加入Mn形成以CoCrFeMnNi为代表的面心立方固溶体结构的高熵

合金[6]。例如AlxCoCrFeNi[10]（x≦0.3）、CoCrCuFeMn⁃Ni[11-12]等都是单相面心立方结构的高熵合金。1.1.2体心立方固溶体结构的高熵合金

张勇等在CoCrFeNi四元面心立方固溶体基体

中加入Al元素，形成以AlCoCrFeNi为代表的体心

立方固溶体结构的高熵合金。第四周期3d副族元

素及高熔点难熔炼金属元素形成的高熵合金基本安阳工学院学报2018年

都是体心立方的高熵合金，例如TaNbHfZrTi、TaNbV⁃Ti、TaNbVTiAl0.25、TaNbVTiAl0.5、TaNbVTiAl1.0、

TaWNbMoi、TaWNbVMo、TaNbHfZrTi[13-15]等。1.1.3面心立方和体心立方双相固溶体结构的高熵

合金Yeh等人研究CuNiAlCoCrFeSi七元合金系发

现，该合金系中Cu、Ni及二元CuNi均由FCC单相固

溶体组成，而三元的CuNiAl、四元CuNiAlCo、五元CuNiAlCoCr、六元CuNiAlCoCrFe以及七元系的Cu⁃

NiAlCoCrFeSi均是FCC+BCC双相固溶体结构[16]。1.1.4密排六方固溶体结构的高熵合金

密排六方（HCP）结构的高熵合金多由具有HCP结构的镧系重稀土金属元素Dy，Gd，Lu，Tb，

Tm，Y等形成，如DyGdLuTbY、DyGdLuTbTm、

GdTbDyTmLu、HoDyYGdTb、YGdTbDyLu、YGdTb⁃

DyLu、MoPdRhRu[17-18]等。其余元素构成的密排六

方（HCP）高熵合金如Al20Li20Mg10Sc20Ti30。

1.1.5非晶结构的高熵合金Takeuchi等[19]首次提出了高熵非晶合金的概

念，并合成了直径为10mm的高熵态非晶合金棒。

汪卫华等[20]制备了Zn20Ca20Sr20Yb20（Li0.55Mg0.45）20高熵

态非晶合金，研究表明该合金具有超大的压缩塑

性。PdPtCuNiP为非晶高熵合金。1.2高熵合金化学成分组成

通常高熵合金由5或6个元素组成，目前已经

报道的高熵合金有408组[21]，这些高熵合金涉及37

个元素，包括1个碱金属（Li），2个碱土金属（Be、Mg），22个B族元素（Ag,Au,Co,Cr,Cu,Fe,Hf,Mn,

Mo,Nb,Ni,Pd,Rh,Ru,Sc,Ta,Ti,V,Y，W，Zn,Zr）;2

个主族金属(Al,Sn）;6个镧系金属(Dy,Gd,Lu,Nd,Tb,Tm);3个准金属(B,Ge,Si)和1个非金属（C）。

其中Al,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni,Ti及难熔金属（Mo,Nb,V,Zr）在公开报道的高熵合金中经常出现。

第四周期B族3d元素构成的高熵合金含Al，Co,Cr,Cu,Fe，Mn，Ni，Ti,V等。其中Cantor合金包

括5个Co，Cr，Fe，Mn，Ni元素，96%的第四周期高

熵合金包括Fe元素，29%包括Mn。高熔点难熔炼

金属元素形成的高熵合金由Cr,Hf，Mo,Nb,Ta,Ti,V,W和Zr构成，少数的合金中还加入A1元素等。

低密度高熵合金由Al，Be，Li,Mg,Sc,Si,Sn,Ti,Zn

相对较轻的元素组成。黄铜或青铜基高熵合金主

要有Al,Cu,Mn,Ni,Sn,Zn等，按AlxSnyZnz[CuMn⁃Ni]（1-x-y-z）配方形成合金。应用于催化剂的高

熵合金系列至少包括以下金属中的4个Ag,Au,Co,Cr,Cu,Ni,Pd,Pt,Rh和Ru。

1.3高熵合金的形成假说Wang等[22]根据原子半径、固溶度的计算经验公式，给出了形成高熵合金固溶体相的参数的范

围。Yang[23]定义了一个由合金理论熔点、合金混合

熵、合金混合焓三个变量构成的函数预测合金是

否形成固溶体。Guo[24]提出了价电子浓度与高熵合

金固溶体的关系。Senkov[25]考虑原子堆垛错配度

以及拓扑不稳定性等因素，提出原子尺寸差参数

预测固溶体的形成规律。Yang[26]通过固溶度的变

化预测高熵合金的形成规律。Toda-Caraballo[29]根

据晶格畸变的现象评估高熵合金的稳定性。Wang[27]、N.Stepanov[28]等按HumeRothery准则的思

路，分别从原子半径差、混合焓、混合熵等参数的

角度，给出了形成高熵合金固溶体相的参数。以

上所有的高熵合金形成的假设都是归纳已有高熵

合金的某方面特征，并不能演绎出完美的结论。

而且冷却速度、成形压力等均是影响高熵合金结

构相的因素。2高熵合金的制备方法

2.1液态成形方法

液态成形是制备高熵合金的首方法。电弧熔

炼温度能达到3000℃左右，熔炼气氛、合金的成分

较易控制，通过搅拌可以解决比重偏析等。而对

于一些低熔点、易挥发的金属，如Mg,Zn和Mn等，

可以采用电阻加热或者感应加热法熔炼，适用于

元素熔点差异不大的高熵合金。合金液通过快冷

如喷溅极冷法、甩带法、水冷铜模等方法可以抑制

第二相的产生，产生单相的结构，普通冷却方法则

有可能获得多相结构[30]。Cantor高熵合金都是液

态成形。2.2机械合金化法

机械合金化以机械力作用于粉末，通过反复

冷焊、破碎制备合金粉体。制粉设备简单，但形成

原子尺度成分均匀的合金化粉体时间长，杂质控

制较难，工业化生产的道路漫长。Varalakshmi[31]

采用机械合金化法制备从二元等原子比A1Fe合金

至六元等原子比ZnA1CuFeTiCr复合粉体，粉体均

为BCC过饱和固溶体高熵合金粉末。再通过热等

静压烧结（HIP）、放电等离子烧结（SPS）等方法制

备合金。2.3气相沉积法

气相沉积法以磁控溅射为主，成膜均匀致密，

成材率高，但只能制备薄膜。Zou等人[32]采用磁控

溅射的方法制备了NbMoTaW高熵合金薄膜。Chang[33]等利用磁控溅射法制备了AlCrMoSiTi高熵

合金非晶薄膜。Braic[34]通过直流磁控溅射法在Ti6A14V上镀HfNbTaTiZr高熵合金薄膜，薄膜不仅

具有高的耐磨性而且在模拟的体液中还具有良好

的生物相容性。12第六期

2.4电化学方法Yao[35]等采用电化学法制备了BiFeCoNiMn高

熵合金薄膜，薄膜表现出软磁性，而经过退火后，

表现出硬磁各向异性。Singh[36]等通过湿化学法合

成了彼此独立的多组元NiFeCrCuCo高熵合金，纳

米颗粒球的平均尺寸在26.7nm，具有面心立方结

构。多主元同时沉积在基体上，可以制备复杂形

状的薄膜，由于不同离子的电位差异，有可能存在

成分偏析，需要热处理使成分均匀。3高熵合金的性能

3.1力学性能Varalakshmi[31]等通过机械合金化、热等静压烧

结法制备等原子比的纳米晶CuNiCoZnA1Ti高熵合

金，其维氏硬度和压缩强度达到8.79和2.76GPa。ZaddachA.J.[37]制备的高熵合金Ni14Fe20Cr26Co20Mn20热处理后拉伸屈服强度达1153MPa，而其延伸率

仅1.8%。Hemphill等[38]研究Al0.5CuCoNiFeCr高

熵合金的疲劳性能，结果表明：疲劳极限介于540-945MPa之间，疲劳强度极限与抗拉强度极限比则

介于0.402-0.703之间；与4340钢、15-5PH不锈

钢、钛合金、镍基高温合金与非晶合金等相比，其

疲劳性能较为优异。Zou等人[39]采用磁控溅射的方法制备了NbMo⁃TaW高熵合金薄膜，并通过聚焦离子束制备纳米

级别的柱状样块，屈服强度可达10GPa，硬度可达5250MPa，在1100℃热处理72小时，抗高温软化能

力优于纯W。KuznetsovA.V.[40]锻造态AlCuCoNiFe⁃Cr高熵合金在高温拉伸时，表现出优异的超塑性，

延伸率高达864%；而铸态A1CuCoNiFeCr在1000℃

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高熵合金

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

高熵金属材料在氢环境中的脆性行为研究进展

李泽君;宋洁;徐桂芝;郝文魁;骆鸿

【期刊名称】《表面技术》

【年(卷),期】2024(53)11

【摘要】氢脆广泛发生于各种金属及合金材料中,氢脆存在隐蔽性和时间滞后性,一旦发生往往带来灾难性事故,制约了金属材料在极端工况环境下的应用。研究发现,一些高熵合金(HEA)或多主元合金在力学性能、耐蚀性、抗氢脆性能等方面表现出超越传统合金材料(如钢、镍基合金、铝合金等)的性能特点,有望成为极端恶劣工况环境下装备用材料。在此基础上,对氢脆的机理和抗氢脆多主元合金领域的研究进展进行了综述。首先介绍了氢脆的概念,并梳理了几种金属氢脆机理,包括氢压理论、氢致局部塑性变形、氢增强解离、氢增强应变诱导空位、纳米空位聚合、氢促进位错发射等。随后,结合慢应变速率拉伸实验结果,梳理了影响多主元合金(尤其是高熵合金)抗氢脆性能的因素,包括氢含量、合金元素、微观结构、制备工艺、热处理工艺和实验条件等。最后,结合影响多主元合金抗氢脆性能的因素,提出通过优化制备工艺、改善热处理工艺和调整元素含量来提高CoCrFeMnNi高熵合金的抗氢脆性能,以及采用机器学习辅助开发新的抗氢脆多主元合金的观点,可为抗氢脆材料的研发提供参考。

【总页数】15页(P21-34)

【作者】李泽君;宋洁;徐桂芝;郝文魁;骆鸿

【作者单位】北京科技大学;华北电力大学;国网智能电网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室【正文语种】中文

【中图分类】TG139

【相关文献】

1.正电子湮没谱学在金属材料氢/氦行为

研究中的应用2.金属材料在污染大气环境中初期腐蚀行为和机理研究进展3.高含H_2S环境中CO_2对P110套管钢氢脆腐蚀行为的影响4.掺氢天然气环境下管道钢氢脆行为研究进展5.间隙强化FeMnCoCr亚稳高熵合金及其低温/临氢服役性能研究进展

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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

设计（论文）各阶段名称起止日期

1 查阅科技文献，完成开题答辩 2014年3月3日—2014年3月16日

2 高熵合金的制造工艺研究 2014年3月17日—2014年4月20日

3 高熵合金的性能特点及其应用。 2014年4月21日—2014年6月1日

4 整理资料，撰写论文，准备答辩 2014年6月2日—2014年6月10日

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。

难熔高熵合金的研究进展及应用

李春玲;马跃;郝家苗;闫宇;王清

【摘要】高熵合金不同于传统工程合金,是由多种元素以等摩尔或近等摩尔的比例混合,形成的以简单固溶体结构为基体的系列成分复杂合金.其中含高熔点元素的难熔高熵合金具有较高的高温强度和优异的高温抗氧化性能及耐蚀性能等突出特点,其潜在的高温应用价值引起了广泛关注.详细阐述了难熔高熵合金的研究现状及应用,根据晶体结构类型将难熔合金体系进行了分类,并对各类体系中的微观组织特征进行了概述;进而归纳总结了难熔高熵合金的各种性能,包括高强度、耐磨性、高温抗氧化性、耐蚀性能等;最后对难熔高熵合金的发展及应用前景进行了展望.

【期刊名称】《精密成形工程》

【年(卷),期】2017(009)006

【总页数】8页(P117-124)

【关键词】难熔高熵合金;高温合金;微观组织;高温性能

【作者】李春玲;马跃;郝家苗;闫宇;王清

【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学

材料科学与工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁

大连 116024;聊城大学材料科学与工程学院,山东聊城 252000;大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连 116024

【正文语种】中文

【中图分类】TG132.3+2 自2004年台湾叶均蔚教授提出高熵合金(High Entropy Alloys, HEAs)的概念开始，高熵合金就逐渐成为科学研究领域的热点。这类合金含有至少5种主要元素，以等摩尔或近等摩尔比例混合，每种元素的原子百分比约在5%～35%之间，故又称为多主元合金、成分复杂合金或高浓度复杂合金[1—2]。高熵合金的提出突破了传统意义上合金的设计理念，即高熵合金中多个元素同时作为基体元素，以此产生的高熵效应能够使高熵合金获得晶体结构简单的固溶体相，从而具有优异的力学性能（如高强度、大塑性）以及优异的抗腐蚀和耐磨性能[3—6]。与传统各体系工程材料熵合金相比，高熵合金的密度与不锈钢相近，但强度远远高于传统各体系材料，尤其与性能优异的非晶合金、不锈钢和 Ni基合金等工程合金相比，高熵合金具有更高的屈服强度[4]。特别是具有单一面心立方(FCC)结构的FeCrCoNiMn高熵合金，在低温下会发生应力诱生马氏体相变和孪晶，从而表现出超越传统工程钢合金的优异力学性能，例如其在液氮温度下具有超高屈服强度(759MPa)和断裂韧性(219MPa·m1/2)[7]。经过近 20年的研究探索，高熵合金按照晶体结构类型可分为面心立方(FCC)[7—12]、体心立方(BCC)[13—15]和密排六方(HCP)结构[16—17]3 类。

激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展强化机理与性能

第４１卷第４期Vol．４１No．４２０２０青岛理工大学学报

JournalofQingdaoUniversityofTechnology

激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展:强化机理与性能

宋鹏芳,姜芙林∗,王玉玲,王　冉

(青岛理工大学机械与汽车工程学院,青岛２６６５２０)

摘　要:激光熔覆快冷快热以及低稀释率的特点与高熵合金的四大效应相协调,在一定程度上保证高熵合金

涂层具有简单的相结构和高的综合力学性能．主要对激光熔覆制备高熵合金涂层性能及提高机理、涂层凝固

行为的研究进行阐述．首先从形位熵对高熵合金进行概念阐述,组成高熵合金的功能元素和基本元素种类和

比例的不同,当其近似等摩尔比混合时,形位熵值最大．其次,对激光熔覆法制备的涂层能够获得良好的硬度

和耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性、热稳定性和抗高温软化性能以及强韧性的原因做了分类总结,认为高熵

效应引起晶格畸变,快冷快热有利于细化晶粒以及特殊元素的不同功能是涂层性能提高的主要原因．之后,阐

述了熔覆层在凝固过程中的晶粒生长方式,以及其他凝固行为变化．最后对激光熔覆制备高熵合金涂层作了

总结与展望．

关键词:研究进展;机理与性能;激光熔覆;高熵合金

中图分类号:TG１７４．４文献标志码:A 文章编号:１６７３Ｇ４６０２(２０２０)０４Ｇ０１０６Ｇ０９

收稿日期:２０２０Ｇ０４Ｇ０３基金项目:山东省自然科学基金资助项目(ZR２０１８PEE０１１;ZR２０１９MEE０５９);山东省重点研发计划项目(２０１９GNC１０６１０２;２０１８GSF１１７０３８);青岛西海岸新区创新重大专项(２０１６Ｇ２;２０１８Ｇ１Ｇ５;２０１８Ｇ２１)作者简介:宋鹏芳(１９９６Ｇ　),女,山东威海人．硕士,研究方向为激光加工及再制造．EＧmail:１１５８８３３４９０＠qq．com．∗通信作者(Correspondingauthor):姜芙林,男,博士,副教授．EＧmail:sdujiangfulin＠gmail．com．Researchprogressinhighentropyalloycoatingpreparedbylaser

高熵合金典型微观结构和性能研究进展

陕西理工大学学报！

自然科学版)

Journal of Shaanxi University of Technology ( Natural Science Edition)2021年

4月

第

37卷第

2期Apr. 2021

Vol. 37 No. 2

引用格式

：赵'，冯小明,艾桃桃•高.合金典型微观结构和性能研究进展[

J]・陕西理工大学学报！自然科学版)，

2021,

37(

2) &

1-8.

高"合金典型微观结构和性能研究进展

赵 -1,冯小明1

*,艾桃桃

(

1.陕西理工大学材料科学与工程学院，陕西汉中

723000；

2.陕西理工大学矿渣综合利用环保技术国家地方联合工程实验室，陕西汉中

723000)

摘要：

综述了高7

合金典型微观结构和性能的研究进展。高7

合金是多种元素以等摩尔比

或近等摩尔比经过干法或湿法工艺制备而成，凝固后形成相对简单的相，具有4个核心效应，

即高7

效应、缓慢扩散效应、严重的晶格畸变以及鸡尾酒效应，表现出高强、高硬、耐蚀、耐磨、

耐热性等优异性能,在许多领域都具有潜在的应用价值。总结了高7

合金的制备方法,介绍了

高7

合金的典型特征以及组织和性能的基础研究，最后对高7

合金的未来进行了展望$

关键词：

高7

合金;核心效应；微观结构；性能

中图分类号：

TG133 文献标识码：

A 文章编号：

2096-3998(

2021)

02-0001-08

近年来，高.合金(

High-entropy alloys,

HEAs)因其独特的成分、微观结构和力学性能而备受关

注[

1])与传统的合金设计概念不同,

HEAs不仅基于一种或两种元素，而且至少可包含

5种主元素，原

子百分比相同或接近相同，溶质和溶剂之间没有明显的差异，合成时可能产生许多相和金属间化合物，

从而导致复杂而脆弱的微观结构。但实验结果发现合金中较高的混合.增强了具有简单结构的随机固

溶相的形成，这为

HEA

s的研究奠定了基础,也为新的合金设计提供了新的思路[

2])

HEAs有两个定义,分别从组成和.的角度对

高熵合金研究方法

高熵合金是一种新型合金，其研究方法主要有以下几种：

1. 实验研究：通过制备不同成分的高熵合金，进行各种性能测试，如力学性能、物理性能、化学性能等，以探究高熵合金的性能特点和应用潜力。

2. 计算模拟：利用计算机模拟技术，对高熵合金的原子排列、电子结构、力学性能等进行模拟计算，预测合金的性能并指导合金设计。

3. 相图计算：通过计算高熵合金的相图，了解各元素之间的相容性和相变规律，预测合金的稳定相和相组成，为合金设计提供理论依据。

4. 微观组织观察：利用显微镜等手段观察高熵合金的微观组织结构，了解合金的晶体结构、相组成、晶粒大小、析出相等，探究其组织与性能的关系。

5. 第一性原理计算：利用量子力学的基本原理，对高熵合金的电子结构和物理性质进行计算，预测合金的力学性能、热学性能等，为合金设计提供理论支持。

6. 数据库建设：建立高熵合金的数据库，收录各种高熵合金的成分、制备方法、性能数据等信息，方便研究者查询和比较各种高熵合金的性能。

7. 跨学科研究：将高熵合金的研究与其他领域相结合，如材料科学、物理学、化学等，以更全面地了解高熵合金的性能和应用潜力。

总之，高熵合金的研究方法多种多样，研究者可以根据具体的研究目标和实验条件选择合适的方法。

高熵合金的研究进展

邓景泉1，操振华2

（1.滁州学院机械学院，安徽滁州239000；2.南京大学现代工程与应用科学学院，南京210093）

摘要：高熵合金（HEAs）是多主元合金设计理念下正处在探索阶段的新型合金。本文从高熵合金的成分、相结构、制

备工艺及性能等方面归纳、分析、综述了国内外最新研究进展，文章结尾讨论了该类合金的研究及发展趋势。

关键词：高熵合金；多主元；结构性能

中图分类号：TB331；TF133；TB304文献标志码：A文章编号：1673-2928（2018）06-0011-05

收稿日期：2018-08-20

基金项目：国家自然科学基金（51671103）。作者简介：邓景泉（1966-），男，安徽蒙城人，博士，副教授，主要从事金属材料工艺及性能研究。DOI:10.19329/ki.1673-2928.2018.06.0042018年11月第17卷第6期（总第96期）安阳工学院学报JournalofAnyangInstituteofTechnologyNov,2018

Vol.17No.6（Gen.No.96）

2004年我国台湾Yeh在AdvancedEngineering

Materials第一次提出了高熵合金的概念[1-2]，至今被

引用800余次。高熵合金应用是一个全新的设计

理念：多组员，4种或5种及以上；多主元，即每种合

金元素的原子百分比相等或近似相等，每种元素

都是主要元素，构成纳米尺度的材料复合，产生

“鸡尾酒”效应（如图1所示）。根据热力学知识，形

成合金的自由能为：ΔGmix=ΔHmix－TΔSmix。当

合金的混合熵高到一定程度，其足以抵消混合焓

的作用时，高熵的状态是自由能为负、相对稳定的

状态[3]。合金系的混乱度高即体系的混合熵高，合

金的有序度差，趋向于生成具有简单结构的相，而

且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相律所

预测的合金体系平衡相数目[4-5]。高熵合金由于多

主元原子尺寸差异导致晶格各个阵点位置不同程

高熵合金综述

高熵合金是一种新兴的材料，它具有许多独特的性质，引起了广泛的研究兴趣。本文旨在综述高熵合金的相关研究进展和应用领域。高熵合金的名称源于其组成元素的熵值相对较高，即相互之间的差异较大。与传统合金相比，高熵合金的成分更加均匀，不易出现相分离现象。这种均匀分布的特点使高熵合金具有出色的力学性能和耐腐蚀性能。

高熵合金的最早研究可以追溯到20世纪80年代。研究人员发现，当合金中含有五种或更多的不同元素时，合金的性能会有显著改善。这一发现引起了研究人员的兴趣，推动了高熵合金的快速发展。目前，已有许多不同组元的高熵合金被开发出来，并在多个领域得到了广泛应用。

高熵合金的一个重要特点是它们具有优异的力学性能。由于多元组元的存在，高熵合金结构复杂、均匀，导致强度和韧性都得到了提高。此外，高熵合金还具有良好的耐腐蚀性能，能够在极端环境下长时间使用而不受到侵蚀。这些特性使得高熵合金在航空航天、汽车制造、能源等领域具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，高熵合金已经开始用于制造先进的航空发动机。高熵合金的高温强度和耐腐蚀性能使其成为理想的材料选择。通过使用高熵合金，航空发动机的效率和可靠性得到了显著提高，从而推动了航空工业的发展。

在汽车制造领域，高熵合金也显示出潜在的应用价值。汽车的发动机和排气系统需要具备高温和耐腐蚀的特点，而高熵合金刚好满足了这些要求。此外，高熵合金还可以在汽车结构中替代传统的钢铁材料，减轻车身重量，提高燃油效率。

在能源领域，高熵合金被用来制造化学反应堆和核电站的结构材料。高熵合金能够在极端的温度和压力条件下长时间稳定运行，保证设备的安全性和可靠性。这对于有效利用核能和保障能源安全具有重要意义。

总而言之，高熵合金作为一种新兴材料，具有许多独特的性质和潜在的应用价值。通过提高材料的力学性能和耐腐蚀性能，高熵合金在航空航天、汽车制造和能源领域都展示出巨大的潜力。随着对该领域的深入研究，相信高熵合金将在未来的科学研究和工业应用中发挥越来越重要的作用。

高熵合金增材制造技术研究进展

第３４卷第６期２０２０年１２月　江苏科技大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ３４Ｎｏ６Ｄｅｃ．２０２０ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０６．００７高熵合金增材制造技术研究进展丁红瑜１，何进超２（１．江苏科技大学海洋装备研究院，镇江２１２００３）（２．广州特种承压设备检测研究院，广州５１０６６３）摘　要：高熵合金是近十几年来迅速发展起来的一类多组元合金，具有很多优异的性能．增材制造技术是一种短流程的先进制造工艺，能实现复杂零件的近净成型．因此，研究高熵合金的增材制造技术很有应用前景．文中分析了高熵合金目前的研究热点，总结了采用增材制造工艺制造高熵合金的最新研究进展，对于开展相关领域的研究具有一定的参考意义．关键词：高熵合金；增材制造；选区激光熔化；直接激光沉积；Ｃａｎｔｏｒ合金中图分类号：ＴＧ４５６７文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－４８０７（２０２０）０６－０３５－０７

收稿日期：２０１９－０９－０６修回日期：２０２０－０１－０６基金项目：国家重点研发计划资助项目（２０１８ＹＦＣ０３１０４００）；江苏省自然科学青年基金项目（ＢＫ２０１９０９７９）；江苏高校高技术船舶协同创新中心／江苏科技大学海洋装备研究院资助项目（１１７４８７１８０１－２，１１７４８７１８０１－９）作者简介：丁红瑜（１９８４—），男，助理研究员，博士，研究方向为高性能金属材料增材制造．Ｅｍａｉｌ：ｄｉｎｇｈｏｎｇｙｕ２０１８＠ｊｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引文格式：丁红瑜，何进超．高熵合金增材制造技术研究进展［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０２０，３４（６）：３５－４１．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０６．００７．ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｓＤＩＮＧＨｏｎｇｙｕ１，ＨＥＪｉｎｃｈａｏ２（１．ＭａｒｉｎｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）（２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＳｐｅｃｉａｌＰｒｅｓｓｕｒｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｌｌｏｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｋｉｎｄｏｆａｄｖａｎｃｅｄｎｅｔｓｈａｐｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔｃａｎｍａｋｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｎａｓｈｏｒｔｔｅｒｍ．Ｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｉｎｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｐａｒｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｈａｐｅａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｏｆｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙｓ．Ｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉｎｒｅｌａｔｅｄｆｉｅｌｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｅｎｔｒｏｐｙａｌｌｏｙ，ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇ，ｄｉｒｅｃｔｌａｓｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｃａｎｔｏｒａｌｌｏｙ传统的合金都是以一种或两种合金元素为主，其他元素少量添加，并按主要元素进行分类，例如钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金等等．近十几年来，在探索块体非晶合金的基础上发展了一类多主元合金，亦称为高熵合金，其显著特征表现为：合金中包含５种或５种以上元素，且各元素的原子百分比相同或相近，且均在５％～３５％之间．由于其迥异于传统合金的成分特点，高熵合金也表现出了很多独特的性能特点，例如热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、强烈的晶格畸变效应、鸡尾酒效应等［１］．由于开发时间不长，高熵合金的研究还有很多未知领域需要探讨．其中，材料的成形制备过程对最终的组织、性能有很大的影响．增材制造技术是近年来快速发展的一项绿色先进智能制造技术，具有节省原材料、能成形复杂零件、制备流程短、后续加工余量小等突出优点，在航空航天、汽车、模具、生物医疗、艺术品创作等领域有广泛应用前景［２－３］．对于高熵合金这类新材料而言，研究其能否采用增材制造技术进行成形，增材制造成形过程中的参数优化，组织结构调控，变形控制，

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