高熵合金的定义

1. 高熵合金的定义

目前，高熵合金一般可以被定义为由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相的一类合金。简言之，五元合金相图中，在中间位置存在固溶体相区，这种固溶体目前认为是混合熵稳定的固溶体。已经报道的典型合金有：叶均蔚等发现的以CoCrCuFeNi为代表的面心立方固溶体结构的合金；张勇等发现的以A1CoCrFeNi为代表的体心立方固溶体结构的合金。

2. 高熵合金的性质

目前，根据研究高熵合金性质和特点总结所谓的高熵合金4大效应 1.热力学上的高熵效应如图1所示，当合金由两种元素等原子比混合时其合金熔体的混合熵为0．69R，而由五种元素组成的等原子比合金熔体的混合熵已经可以达到1．61R，而一般金属合金的熔化熵为1R左右。可以看出，高熵合金的混合熵要明显高于传统金属合金。同时从图中也可以看出，当等原子比合金熔体的混合熵随合金组元数的增加而增加，但是当组元数超过13以后，其合金熔体的混合熵增长的幅度将趋于平缓。图1.等原子比合金按正则溶体得到的混合熵和组元数N的关系(Zhang et a1．，2007)， 纵坐标的单位R为摩尔气体常量，R=8．31J/(K·mol)2.结构上的晶格畸变效应高熵合金存在着严重的晶格畸变，严重的晶格畸变必然会影响到材料的力学，热学，电学等一系列性能。如高热阻，高电阻效应。3.动力学上的迟滞扩散效应相变取决于原子扩散，它需要组元之间的协同扩散才能达到不同相的平衡分离。这种必要的协同扩散，以及阻碍原子运动的晶格畸变，都会限制高熵合金中的有效扩散速率。在高熵合金的铸造过程中，冷却时的相分离在高温区间通常被抑制从而延迟到低温区间。4.性能上的“鸡尾酒”效应高熵合金的‘’鸡尾酒”效应是指其多种元素的本生特性和他们之间相互作用使高熵合金呈现一种复杂效应。这种“鸡尾酒”效应是一位印度科学家首先提出的。举例来说，如果使用较多轻元素，合金的总体密度将会减小；如果使用较多的抗氧化元素，如铝或硅，合金的高温抗氧化能力就会提高。

3. 综述难熔高熵合金的发展

对能超越镍基高温合金性能的研究工程已经持续了60多年，实现这一目标的经济和社会效益是巨大的。耐火高熵合金（RHEA）和耐火复合、浓缩合金（RCCA）于2010年首次设计，晚于HEA概念引入6年，而4年后RHEA中发现了类似高温合金的微观结构。难熔高温合金（RSAs）作为一个广泛的概念，有可能实现显著超越常规高温合金的高温组织性能这一长期目标，同时也是一个大胆的、兼具高风险和高回报的提议。【摘要】
综述难熔高熵合金的发展【提问】
要修改题目【提问】
简述凝固理论和技术的发展趋势【提问】
刚才发错了【提问】
对能超越镍基高温合金性能的研究工程已经持续了60多年，实现这一目标的经济和社会效益是巨大的。耐火高熵合金（RHEA）和耐火复合、浓缩合金（RCCA）于2010年首次设计，晚于HEA概念引入6年，而4年后RHEA中发现了类似高温合金的微观结构。难熔高温合金（RSAs）作为一个广泛的概念，有可能实现显著超越常规高温合金的高温组织性能这一长期目标，同时也是一个大胆的、兼具高风险和高回报的提议。【回答】

4. 高熵合金的研究现状

最早的论文将HEAs定义为“由等摩尔比的五个或更多元素组成的合金”。等摩尔浓度的要求是“每个元素的浓度在5-35.％之间元素。”因此，HEAs不必是等摩尔的，这显着增加高熵合金的数量。HEA还可能包含微量元素，以改善HEA的属性，扩展HEA的数量。这种组合物仅规定了元素浓度，对熵的大小没有限制。构的主要因素。目前这一领域的关注点已经从3d过渡金属MPEAs，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著的影响。不同结构的高熵合金，呈现出不同的结构性能和功能特点。虽然高熵合金的性能研究，仍处于起步阶段，但是其独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。

5. 高熵合金的简介

有人认为非晶或玻璃的原子混乱度高或熵高，而高熵必然导致高的玻璃化形成能力，所以有人提出一个混乱理论。但是，后来有学者发现高熵和高的玻璃化形成能力并不一致，倒是发现有些高混合熵合金可以形成单相固溶体。对此，叶均蔚等认为这种固溶体是高混合熵稳定的固溶体，因此命名为高熵合金。至于为什么高混合熵合金玻璃化形成能力并不高，张勇等统计了大量的高混合熵合金，从原子尺寸差，混合焓和混合熵角度作了系统分析，并用Adam-Gibbs方程作出了解释。已有的研究报道发现，高熵合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高热阻、高电阻等，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中继大块非晶之后一个新的研究热点。目前，高熵合金的研究多是集中在铸态下的性能测试，我们知道铸态下的产品有着天然的性能缺陷(如由于热胀冷缩造成的空洞、疏松等)，而对其热处理、热加工后的性能研究缺少有报道。有人曾预言，未来几十年内，最有发展潜力的三大研究热点是大块非晶、复合材料和高熵合金。

6. 高熵合金的介绍

高熵合金的提出是基于20世纪90年代大块非晶合金的开发，人们都致力于寻找具有超高玻璃化形成能力的合金。

7. 高熵合金的腐蚀

                    1、高熵合金元素使用概述
  
                     2、高熵合金的腐蚀行为
  
                     3、几种制备高熵合金的方法
  
 
  
  
         基于组成元素，研究者将目前己有的高熵合金分成七大类，包括 3d过渡族高熵合金 、 难熔金属高熵合金 、 轻金属高熵合金 、 镧系高熵合金 、 青铜和黄铜高熵合金 、 贵金属高熵合金 、 间隙化合物高熵合金 ，其中前两类高熵合金的研究较为广泛。
  
  定义 ：3d过渡族高熵合金在高熵合金家族中占据了半壁江山，主要组成元素为 Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Al、Ti和V ，绝大多数FCC单相固溶体高熵合金属于3d过渡族高熵合金体系，但随着BCC稳定元素的加入，合金体系会从单相FCC向FCC＋BCC双相转变，最终可获得单相BCC合金。
  
  举例 ：在AlxCoCrCuFeNi合金体系中当x＝0．5时，枝晶臂和枝晶间均为FCC相，当提高A1含量至x＝1．0时，在等原子比合金的枝晶臂中出现BCC相，而枝晶间则为FCC＋BCC双相结构，进一步提高A1含量至x＝2．0，BCC相的相对含量进一步提升。相组成比例的改变带来的是合金硬度等本征性能的改变（维氏硬度自约200Hv上升至约560Hv），进而带来耐磨性等使役性能的提升，这很好地体现出材料研究中成分－结构－性能－使役性能的调控思想。
  
  定义： 难熔高熵合金的主要组成元素为Hf、Mo、Ta、Zr、Ti、Nb、W、V和Cr，另外也会根据性能需求加入Si或 Al 等非难熔元素。
  
 特点：一方面，难熔高熵合金的研究着眼于新型高温结构材料的应用前景，其合金元素的熔点（ 2128 - 3695K ）、质量密度（4.5－19.4 g/cm3）和杨氏模量（68－411GPa）均为研究者提供了广阔的选择空间。另一方面，Wu等发现在 HfNbTiZr 等原子比体系中，仅通过固溶强化获得的单相BCC合金即可具有  ~879MPa 的屈服强度和14.9％的延伸率，因而相较于Nb基合金而言具有更好的耐磨性和更低的摩擦系数，这表明难熔高熵合金体系具有工程应用的可能性。而Ti、Zr、Nb、Ta的组合更倾向于形成单相固溶体，有助于合金力学性能的优化。
  
 1、对于3d过渡族高熵合金而言，其耐蚀性主要源于Cr、Al及Ti元素的添加，在表面形成钝化膜，抑制腐蚀的进一步发生。这与传统金属如不锈钢等非常相似，其本质是依靠可纯化组元去保护不可钝化的组元。如Chen等研究了Al0.6CoCrFeNi高熵合金在模拟海水及酸雨中的腐蚀与磨损行为，其结果表明合金表面所形成的 Al2O3 和 Cr2O3 钝化膜在腐蚀磨损的过程中起到重要的保护作用。
  
 2、而多数难熔高熵合金的组成元素本身在工作介质中就可以形成稳定纯化膜，如Ta、Nb、Zr、Ti等，所以难熔高熵合金在工作介质中将处于各组元竞争形成氧化膜的情况，并没有哪种组元会出现严重的活性溶解，因而其耐蚀性要更加优异，特别是针对于生物医用等对于腐蚀速率更为敏感的应用背景中。
  
 Motallebzadeh等研究了 TiZrTaHfNb 和Ti1.5 Zr T0.5 Hf0.5 Nb0.5高熵合金在PBS溶液中的电化学行为，其结果表明，由于表面钝化膜的保护作用，这两种高熵合金表现出高于316L不锈钢、CoCrMo和Ti6 Al4V的极化电阻，且在线性扫描中其纯化平台可延伸至1800mV Ag／AgCl，没有发生点蚀且腐蚀电流密度低于Ti合金等传统医用金属。其表面钝化膜的主要成分为Ti02，Zr02，HfO2，Nb205和Ta205。相近的结果见于Chen等对TiTaHf中熵合金的研究中，该合金在SBF溶液中浸泡7天后，XPS结果表明其表面钝化膜主要成分为Ti02，Zr02和Ta205，这种等原子比合金表面所形成的混合氧化物膜的腐蚀抗性要优于组元种类相近的传统合金，如TilOTa6Nb合金。
  
  电弧炉 ：电弧炉（electric arc furnace）利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在 3000℃ 以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去 硫 、 磷 等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。
  
  缺点 ：
  
     1、电弧熔炼可能并不适用于熔点较低的元素(如Mg、Zn 和Mn)，因为这些元素容易蒸发，不易控制其成分，它们可以考虑电阻加热或感应加热。
  
     2、传统熔炼方式制备HEA时容易产生孔洞、组织疏松、晶粒粗大、成分偏析等缺陷，这些都显著降低了HEA的耐蚀性。
  
 
  
  
  定义 ：激光熔覆工艺具有加热、冷却快，熔覆层均匀致密、显微缺陷少等优点，此外还很容易实现微熔覆，对基体的热影响很小。该技术类似于等离子喷涂，不同的是它使用一个集中的激光束作为热源。这种技术通常会产生冶金结合，具有优于等离子喷涂的粘结强度。
  
  优点 ：突出优点是激光束可以聚焦并集中在一个很小的区域，这使得基板的热影响区非常浅，从而最大限度地减小了基板材料破裂、变形或变化的可能性。
  
  定义 ：磁控溅射是一种物理气相沉积(PVD)技术，广泛应用于各种金属、半导体、绝缘体等单层或复合薄膜材料的制备，具有设备简单、易控制、涂层面积大、附着力强等优点。
  
  缺点 ：采用磁控溅射制备HEA 涂层时，虽然涂层结构连续性及致密性较好，沉积快而基体升温慢，容易控制涂层的性能及厚度，但是靶材利用率较低，涂层厚度也受到限制，因此目前采用磁控溅射制备耐蚀性HEA 涂层也有一定的局限。
  
  优点 ：电沉积技术具有耗能低、操作简单、选择性好、环境污染小等优点，可在金属部件表面镀覆一层防腐蚀性镀层。镀层的基本要求是厚度均匀、致密，且与基体材料结合良好。在电沉积过程中，电解液成分及其浓度，以及温度、pH、电流密度、时间等参数均可精确控制。
  
  缺点 ：目前采用电沉积工艺制备高熵合金涂层的研究比较少，这主要是由于HEA 中元素的电负性差异大，造成HEA 中的成分较难控制，同时由于受电镀液传质的影响，镀层容易产生裂纹，从而影响涂层的耐蚀性。
  
 参考文献：
  
 [1]宋芊汀. (TiZrNbTa)_(90)Mo_(10)高熵合金的腐蚀与磨损行为[D].中国科学技术大学,2020.
  
 [1]龙琼,胡素丽,黎应芬,李娟,龙绍檑.高熵合金耐蚀性研究的现状及最新进展[J].电镀与涂饰,2020,39(04):231-240.

8. 高熵合金为什么叫高熵

高熵合金(High-Entropy Alloys)简称HEAs，是由5种或5种以上主要元素构成的，且每种主要元素的原子分数＞5%并＜35%。

材料合金化新概念－高熵合金（纳米高熵合金，多元高熵合金） 20世纪末，传统合金已经接近成熟及饱和状态，传统合金观念已很难再创造新的合金系统或者说在旧的合金系统中创出新的合金。

但纳米高熵合金观念可产生许多合金系统，产生许多有趣的特性。 所谓多元（纳米）高熵合金就是多种元素的合金，其中每个主要元素皆具有高的原子百分比，有人定义高熵合金的主要元素数目大于等于5，但其原子百分比都不超过35％。

也就是说，高熵合金不像传统合金一样，含有一个50％以上的主要元素。