高熵合金研究综述

增后减的变化趋势。李安敏等冈研究了 AlxCrCuFeNi高熵合金组织与性能，该研究发现随Al含量的增 加，合金的晶体结构由fcc+bcc逐渐转变为bcc，由于 晶体结构的变化使合金的硬度发生了变化。郝聪敏 等⑼研究了 AlFeCrCoTiCux高熵合金组织及力学性 能，通过分析发现该体系高熵合金组织形态是树枝 晶，枝晶间由富Cu的FCC相和3相组成。随着Cu 的增加，富Cu的FCC相和3相增多，使得高熵合金 的硬度和抗压强度随着Cu含量的增加而整体下降, 这是因为由于Cu与其他金属元素的固溶性差,Cu的 增加使更多Cu偏析于晶间，产生相分离，导致合金 的整体硬度下降。
参考文献：
［1］ Yeh J W , Chen S K, Lin S J, et al. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements： novel alloy design concepts
机械研究与应用 • 2021年第3期(第34卷，总第173期)
-机械研究与应用 -2021年第3期（第34卷，总第173期）
doi：10.16576/ki. 1007-4414.2021.03.069
高熵合金研究综述
综述
赵丹
(兰州工业学院 材料工程学院，甘肃 兰州 730050 )
摘 要：高熵合金的出现打破了传统合金的设计理念，创新了合金的设计方法。因其具有优异的性能，得到了国內外
the application of high entropy alloys. Key words: high entropy alloy ； different alloy elements ； heat treatment ； welding ； microstructure and properties
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在退火温度为650 C时,合金的强度随着退火时间的 延长而增强，这是由于退火时在合金枝晶间产生了纳 米级B2相，进而产生了纳米沉淀强化作用。农智升 等［15］研究了不同退火温度对CrCuFeMnTi高熵合金 组织结构和力学性能的影响,研究表明,随着退火温 度的升高，合金硬度先增加后减小,断裂强度相比铸 态下有所提高，但其断裂特征为脆性断裂。
Abstract: The discovery of high entropy alloy breaks through the traditional alloy design concept and innovates the alloy design
method; because of its excellent performance, it has attracted the attention of researchers at home and abroad. The current re­
0引言 叶均蔚等［l］打破了传统合金的设计理念，创新
了合金的设计方法，提出了高熵合金的概念，目前对 高熵合金研究处于基础研究阶段。高熵合金是由5 种或者是5种以上的组元按照一定的比例配置，然后 通过熔炼等方法得到的新型合金材料,每种组元的原 子比在5-35%之间。高熵合金具有四大效应［2］:热 力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散、晶格畸变 效应以及性能上的鸡尾酒效应。正因这些效应，高熵 合金具有其自身的特征，这些特征是有别于传统合 金，比如，通过调配组元配比可促使高熵合金形成简 单晶体结构［3］，咼熵合金还具有咼硬度、咼强度、良 好的热稳定性等优良性能［4-5］，因此在材料需求不断 增加的新时代，高熵合金备受研究者们的关注。笔者 综述了高熵合金的有关研究文献，总结了不同主元、 热处理对高熵合金组织及性能的影响，以及高熵合金 作为焊接材料的研究现状。
退火温度对AlCoCrFeNi高熵合金组织结构及性能的 影响，研究发现AlCoCrFeNi高熵合金铸态时的结构 为BCC,随着退火温度升高，在枝晶间析出了金属间 化合物，而退火温度越高析出的化合物量越多。当温 度升高到900 时,合金除了含有BCC相以及金属 间化合物相之外，还出现了 FCC相。马国峰等［12］研 究了在 575 T、685 T、875 T、1000 °C温度下，对 FeCoNiAlCrCu0.5高熵合金进行热处理,分析了不同温 度下合金的组织及摩擦磨损性能。研究表明:该合金 在铸态为BCC结构，热处理促进了扩散使得合金中 出现了新相。由于各相的分布不均匀导致合金硬度 分布不均匀,进而降低了合金的摩擦磨损性能。刘贵 仲等［13］研究了不同退火温度对AlFeCuCoNiCrTi0、 AlFeCuCoNiCrTi0.5、AlFeCuCoNiCrTi1 高熵合金的退 火组织及硬度的影响，退火温度不同合金中的相不 同,进而对合金硬度产生影响。Niu等［14］研究了退火 时Al0. 5CoCrFeNi高熵合金的拉伸性能。研究表明：
料的需求,应进一步研究与探索，为高熵合金应用提供理论指导。
关键词：高熵合金；不同主元；热处理；焊接;组织与性能
中图分类号：TG139
文献标志码:A
文章编号：1007-4414(2021)03-0231-03
Research Review of High Entropy Alloys
ZHAO Dan
(School of Materials Engineering, Lanzhou Institute qf Technology, Lanzhou Gansu 730050, China )
Through the summary of existing research on high entropy alloy, it is found that the influence of different processes on the mi­

crostructure and properties of high entropy alloy can only be analyzed by experimental methods, which is lack of theoretical
search status of several aspects are reviewed in this paper, including effects of different principal components and heat treat­
ments on the microstructure and properties of high entropy alloys, and study on the high entropy alloy as the welding materials.
综上,高熵合金作为焊接材料具有很大的发展潜 力及应用前景。一方面，根据焊缝金属高熵化思路可 以设计不同体系的高熵合金，以其解决异种材料焊接 时物理化学成分的差异引起的焊缝缺陷。另一方面, 为了更好满足科技发展对材料的需求,可以用开发性 能优良的高熵合金，替代传统合金满足不了的场合。
4结语 高熵合金是一种具有诸多优良性能,并具有很大
guidance. The high entropy alloys have many excellent properties ； therefore, in order to meet the needs for materials in the
science and technology development, further research and exploration should be carried out to provide theoretical guidance for
研究者的关注。对不同主元对高熵合金组织及性能的影响，不同热处理对高熵合金组织及性能的影响以及高熵合金
作为焊接材料研究这几方面的研究现状进行了总结。通过对高熵合金现有研究总结发现，目前只能通过实验方法分
析不同工艺对高熵合金组织和性能的影响，缺乏理论指导。而高熵合金具有诸多优良性能，为了满足科技发展对材
*收稿日期：2021-03-30 基金项目：兰州工业学院青年科技创新项目：高熵合金与304不锈钢激光焊接头微观组织与性能的研究（编号：2020KJ-05）. 作者简介:赵 丹（1990-）,女，甘肃宁县人，硕士研究生，助教，研究方向：新型合金材料「
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综述
2021年第3期（第34卷，总第173期） -机械研究与应用-
的应用价值的新型材料。其发展潜力大，有望成为新 一代结构材料。但就目前的研究来说，对高熵合金研 究还缺乏系统性及理论指导性。 比如主元的含量对 高熵合金的组织和性能将产生影响，但如何确定最优 组合，目前只能通过实验方法验证、研究，而高熵合金 涉及面广，体系庞大，因此探索最优体系的工作量大, 缺乏理论指导,还需广大研究者进一步研究与探索。
1不同主元对高熵合金组织及性能的影响
对高熵合金的研究目前处于基础研究阶段，而研 究者常用的用来制备高熵合金的元素有:Fe、Cr、C。、 Ni、Al、Ti、Si等元素。通过改变某一组元的含量,通 过不同的手段去分析某一含量的变化对合金体系组 织和性能的影响。赵丹等［6］研究了 CoCrFeMnNiCux 高熵合金的微观组织，测定了该体系合金的压缩曲线 和显微硬度,研究发现随着铜含量的增加 ，合金的组 织为树枝晶,晶体结构均为FCC结构,合金的抗压强 度及显微硬度先增大后减小大的趋势。熊梅等［7］研 究了 Cr含量对FeNiMnCuCrx高熵合金微观结构和电 化学性能的影响，该研究表明Cr含量增加对合金的 组织结构没有产生影响,该体系高熵合金组织均是简 单的FCC固溶体结构,但合金的组织形态发生了变 化，由最初的柱状树枝晶向等轴树枝晶转变。同时, Cr的增加引起该合金体系自腐蚀电流密度出现了先
综上,高熵合金体系元素种类及含量不同，会对 合金的组织及性能产生很大影响。 基于此， 可通过优 化合金体系及含量制备出性能优异的材料，以满足不 同服役环境及条件。 2热处理对高熵合金组织和性能的影响
最初研究者致力于研究不同主元对高熵合金显 微组织及性能的影响，但制备高熵合金的方法大多数 是通过电弧炉熔炼而成，得到的合金是铸态合金。在 高熵合金熔铸过程中易出现铸造缺陷,进而降低材料 的性能及应用。因而研究者通过对铸态高熵合金的 热处理，分析热处理对高熵合金组织及性能的影响。 班煜峰等［10］研究了退火态AlFeCrCoNiMo高熵合金 微观组织与硬度，该研究发现AlFeCrCoNiMo高熵合 金在铸态和退火态时组织均为树枝晶,并且随着退火 温度的升高,合金中FCC相减少，在枝晶间析出金属 间化合物,导致高熵合金的硬度随退火温度的增大出 现先增大后减小变化规律。吴兴财等［11］研究了不同
综上，热处理工艺可对高熵合金的性能进行调 整,以提高高熵合金的综合性能,进而扩宽高熵合金 的应用范围。
3高熵合金作为焊接材料的研究 徐锦峰等［16］为了抑制钢与钛焊接后形成脆性金
属间化合物,依据焊缝金属高熵化设计思路,设计了 Ti10Fe20Al20Ni25Cu25高熵合金，通过电阻点焊实现 了 TA2/Ti10Fe20Al20Ni25Cu25/Q235 的连接，焊缝 组织为bcc和fcc固溶体，而接头剪切强度最高到达 144 MPa。刘玉林等［17］研究了高熵合金CoCrFeMnNi 与铜扩散连接的界面组织及接头性能,通过该研究发 现:Cu与CoCrFeMnNi高熵合金扩散焊接头连接良 好,对形成的反应层分析发现其结构为FCC结构，并 且拉伸断裂均发生在远离接头的铜侧。赵丹［18］研究 了铜与CoCrFeMnNi高熵合金电子束焊接接头微观 组织与接头性能，该研究表明，不同偏束距离下得到 的Cu/CoCrFeMnNi高熵合金电子束焊接接头的焊缝 组织均是FCC结构。所有焊接接头拉伸断裂均发生 在较软的Cu侧，当偏束距离为0.3 mm时,Cu侧并没 有出现铜的渗透裂纹。