高熵合金为什么叫高熵

1. 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。

2. 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。

3. 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。