高熵合金概述ppt课件
高熵合金综述
高熵合金综述Nature封面高熵合金：更强更韧更具延展性5月18日，Nature封面报道了新加坡自由撰稿人某iaoZhiLim的一篇题为《Mi某ed-upmetalmakefortronger,tougher,tretchieralloy》（混合金属制造更强、更韧、更具延展性的合金），介绍高熵合金相关进展。
高熵合金概念由台湾科学家叶均蔚于1995年提出的。
高熵合金含有多种主要元素，每种元素介于5%-35%之间。
传统金属则是以一种元素为主，而高熵合金是多元素共同作用的结果。
所以高熵合金是一种颠覆数千年以来的合金制备方法。
与传统合金相比，高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀等等。
但是，高熵合金的机理及其科学问题尚未得到很好的理解。
目前的高熵合金体系也只是通过“鸡尾酒”方法调配而成,还没有科学系统的选择合金元素的理论。
以下是材料牛编辑整理的Nature文章内容：咋眼一看，这个设备更像是在建造一个微型景观。
一圈喷嘴对从四个喷管喷出的金属粉末加热，形成往下的光束。
混合物进而凝聚成晶粒，形成一个逐步生长的柱状合金。
当合金有2厘米高时，平台将其托到一遍，设备接着建造另一个。
整个结果看起来是一个摩天大楼模型。
这些金属柱子由位于Lowa的美国Ame国家实验室建造，它反应了科学家们在对待合金上的重大改变。
制造合金的标准配方技术从远古铸剑到制造现代制造发动机引擎叶片一直在沿用，也就是将有用的金属并混合一系列提升性能的东西，例如在铁中加碳制成钢。
但Ame的设备正在制造高熵合金实验样品，它由四个、五个，甚至更多的元素以严格的相同的比例混合而成。
这种简单的配方可以出产那些比传统材料更轻、更强的合金，并且更耐腐蚀、耐辐照等等。
最终，研究者们希望这个方法能够出产与以往完全不同的磁性或电性能的合金，并形成新一代技术。
北京科技大学新金属国家重点实验室张勇认为“我们几乎已经探索过传统金属的所有方面，而对于高熵合金这方面的研究是全新的。
高熵合金简介PPT课件
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02
高熵合金的特性
.6Βιβλιοθήκη 高熵合金高熵合金由于其具有很 多优异的性能，在过去的 十几年，吸引了大批的研 究者投入其中。到目前为 止，被研究过的高熵合金 大约有400多种，但是相比 起所有的元素组合方式， 这只是很小很小的一部分。 由于多种主元混合带来的 复杂性，人们对于高熵合 金的认识还不够完善。
对这一合金化过程的机理以及其中涉及到的
诸多科学问题基本还没有什么认识。实际上，
现在出现的一些高熵合金体系也只是通过所
谓的鸡尾酒式的方法调配而成，还没有科学
选择合金元素的理论。另外，对它们凝固后
的组织形成以及各方面的性能都还没有清晰
的认识。
高熵合金的研究具有前瞻性，具有学
术研究及应用价值。由于应用潜力多元化，
这种迷思终于被清华大学材料工程
系的叶均蔚教授所推翻，在2004年首先发
表混合5、6种以上等比例金属，由实验证
明可得到性能优秀的合金，自此开创了全
新的材料研究及应用领域。
此翻转传统合金概念的高熵合金也
因而受到最高点数的期刊注意，在5月19日
出版的自然(Nature)期刊作了专题报导「多
元金属合成的更强更韧更延合金」，认可
性能 特点
高强度和高硬度 高耐磨型 高热稳定性 耐腐蚀性
高延展性
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7
03
高熵合金的应用
.
8
应用
0123 .
利高用熵「合高金熵耐镀合高膜 金温」刀材料进行3D雷 射打印，可做出各 种形状的产品
.
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04
高熵合金的发展前景
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前景展望
高熵合金的研究还是一块处女地，无
论理论研究和实验研究结果都非常少。人们
高熵合金简介PPT课件
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高熵合金的特性
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高熵合金
高熵合金由于其具有很 多优异的性能，在过去的 十几年，吸引了大批的研 究者投入其中。到目前为 止，被研究过的高熵合金 大约有400多种，但是相比 起所有的元素组合方式， 这只是很小很小的一部分。 由于多种主元混合带来的 复杂性，人们对于高熵合 金的认识还不够完善。
对这一合金化过程的机理以及其中涉及到的
诸多科学问题基本还没有什么认识。实际上，
现在出现的一些高熵合金体系也只是通过所
谓的鸡尾酒式的方法调配而成，还没有科学
选择合金元素的理论。另外，对它们凝固后
的组织形成以及各方面的性能都还没有清晰
的认识。
高熵合金的研究具有前瞻性，具有学
术研究及应用价值。由于应用潜力多元化，
叶均蔚教授为创造出高熵合金的第一人，
并以神奇的「金属调合学」来形容。
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4
高熵合金在性能上，也是非常独特的。元素间不同的尺寸和结合力，导致 了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应，保证了合金强硬；凝固过程中保留的大 量缺陷和能量，使得铸态的合金即保留了很大的残余能量，有利于孪晶等的发 生，变现出一系列优异的和特殊的力学行为；多种主元，保证了合金的钝化层 复杂，耐腐蚀性能优越，等等。现在的研究表明，高熵合金在机械性能、耐腐 蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异，目前越来越多的 国内外学者广泛关注！
性能 特点
高强度和高硬度 高耐磨型 高热稳定性 耐腐蚀性
高延展性
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高熵合金的应用
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应用
0123 .
利高用熵「合高金熵耐镀合高膜 金温」刀材料进行3D雷 射打印，可做出各 种形状的产品
高熵合金
高熵合金是傳統合金之外的另一個合金世界，傳統合金幾乎都以一個元素為主，而高熵合金則是由多個主元素所構成，具有較高的熵，這是一個處女地，不但範圍遼闊，多采多姿，而且可以讓我們發掘新材料、新現象、新理論、新功能，並擴展新應用。
傳統合金的合金概念自古以來，金屬材料的發展對人類文明有著極大的影響，人類由石器時代進入銅器時代再進入鐵器時代，幾千年來一直把金銀銅鐵錫等五金當作飾品、器具、工具、武器的主體材料。
工業革命後，尤其是近百年來，人類所開發的合金系統有如雨後春筍，技術更是突飛猛進，不但造就了今天工商發達的局面，並使我們的生活水準大幅提升。
例如鋁金屬一直到一八五五年才由法國人還原獲得，而鋁合金則在十九世紀末才開始發展。
人類利用它輕量化、高反光、耐大氣腐蝕及高導電率等特性，大量應用在交通工具、運動器材、建築門窗、欄杆、電纜線、易開罐等上面，年用量從一九六○年代即超越銅成為僅次於鋼的金屬材料。
至於超合金在一九三○年代開始發展，不但使飛機噴射引擎得以實現，推進力及效能更不斷提高。
若缺乏這些金屬的開發，我們可能還停留在農業社會，無法向前邁進。
整體而言，人類已開發使用的實用合金共有三十餘種系統，每一系統皆以一種金屬元素為主，隨著添加不同的元素而產生不同的合金。
例如鋁合金以鋁為主，加入微量的鎂及矽，可得容易擠型且具有中等強度的鋁門窗材料；若加入適量的鋅、鎂、銅元素，則成高強度鋁合金，可用於飛機、太空船結構體；而鋼鐵材料以鐵為主，加入碳得到碳鋼，碳越多強度越高，當碳含量超過重量百分比 2％時，就成為鑄造性良好的鑄鐵；另若加入鎳、鉻、鉬、釩等元素，可得性能不同的合金鋼。
到現在為止，傳統合金的配方仍不脫離以「一個金屬元素為主」的觀念，人類依此觀念配製不同合金，施以不同的製造加工程序，得到不同的材質，進而應用到不同的地方，都是在這個框架下運轉及收成。
高熵合金的出現我們不禁要問，上帝是否只給我們三十餘種有用的合金系統呢？答案是否定的，研究人員發現我們擁有更多未開發的處女地，七年前有些學者率先跳出了傳統合金的框框，提出新的合金設計理念，即「多元高熵合金」，並進行研究而累積了不少成果，證實這個處女地不但是一個可合成、可加工、可分析、可應用的新合金世界，也是一個具有學術研究及工業發展潛力的豐富寶藏。
高熵合金简介
高熵合金的特点及其制备技术摘要：高熵合金是2004年由叶均蔚提出的一种新的合金设计方法，在过去的10多年里，被广泛的研究，取得了相当多的研究成果。
高熵合金由多种含量相近的主元混合而成，由于主元数增多，混合熵增加，混产生独特的高熵效应，并抑制金属间化合物和其他有序相的生成。
高熵合金的强化机制以固溶强化为主，部分高熵合金还存在第二相弥散强化。
高熵合金的制备方法主要是真空电弧熔炼，还有很多新的制备方法有待探究。
关键词：高熵合金高熵效应强化机制制备方法传统的合金都是基于一种或者两种金属为主体，通过添加其他合金元素来获得所需要的性能。
即使是大尺寸非晶材料，其设计理念也是以多种元素构成基体再添加其他合金元素。
在2004年的时候，叶均蔚提出了一种新的合金设计理念——多主元高熵合金，这种合金一般含有五种或五种以上的合金元素，且每种合金元素含量都在5%以上，没有任何一种元素占绝对多数[1][2]。
一、高熵效应按照传统的经验，合金元素在合金中的固溶量是有限的。
随着合金元素含量的增加，合金中出现复杂结构的金属间化合物及复杂相，这容易使合金的脆性增加。
但是在高熵合金中，尽管添加了如此多的合金元素，其晶体结构依然能够维持相对简单的FCC或BCC固溶体结构，同时还具有很多优于传统合金的独特性能，而这一切都得益于于高熵效应。
在高熵合金中，当元素数目较多而导致合金系统的混合熵高于形成金属间化合物的熵变时,高熵效应就会抑制金属间化合物的出现，而促使元素间的混合，最终形成体心立方结构（BCC）或面心立方结构（FCC）等较为简单的结构[1][2]。
根据玻尔兹曼熵的计算公式：S=klnΩ，熵值取决于体系的混乱程度。
当各种元素以等原子比混合时，其混合熵的计算公式：ΔS= Rln(n)，其混合熵ΔS值随元素种类数量的增加而增加。
当n=2时，ΔS=0.693R；当n=5时，ΔS=1.61R；当n=6时，ΔS= 1.79R。
当n大于5时，这一值已经和很多金属间化合物的形成焓与形成温度的比值（ΔH /T m）接近。
(完整ppt)高熵合金
➢ The diffusion coefficient of Ni is the smallest among that of all
constituents
Tsai et al. Acta Mater 2013; 61:4887
Features of HEAs——high phase stability
FeCoNiCrMn高熵合金的组织稳定性 及变形行为
吕昭平 教授
北京科技大学 新金属材料国家重点实验室
Acknowledgements
➢ Students: W. H. Liu, S. Y. Li, H. L. Huang and Z. F. Lei
➢ Collaborators: H. Wang, Y. Wu, and X. J. Liu ➢ National science foundation of China (Nos.
➢With the decrease of testing temperature, both tensile
strength and ductility are increased;
➢The fracture toughness kept almost unchanged;
Promising high-temperature mechanical properties of bcc HEAs
Extremely high toughness of a typical fcc HEA
Bernd Gludovatz et al. Science 2014,345:1153
➢The fracture toughness of
高熵合金资料
高熵合金的晶体结构与共性
高熵合金的晶体结构
• 通常为简单的晶体结构，如面心立方、体心立方等 • 与传统合金的晶体结构不同，具有独特的电子结构
高熵合金的共性
• 具有高的硬度、强度和耐磨性 • 具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性 • 具有优异的导热性能
02
高熵合金的性能特点与优势
高熵合金的力学性能与强化机制
制备工艺
• 快速凝固法：提高合金的凝固速度，形成细晶组织 • 激光熔覆法：实现合金的局部熔化，提高涂层质量 • 真空熔炼法：提高合金的纯净度，减少杂质含量
优化
• 优化合金的成分设计，提高性能 • 优化制备工艺，提高合金的组织和性能 • 优化热处理工艺，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能
高熵合金的室温脆性与断裂韧性研究
创新
• 开发新型的高熵合金材料 • 研究高熵合金的新型制备工艺 • 探索高熵合金的新型应用领域
高熵合金的性能优化与调控
性能优化
• 优化高熵合金的成分设计，提高性能 • 优化高熵合金的制备工艺，提高组织性能 • 优化高熵合金的热处理工艺，提高力学性能和耐腐蚀性能
调控
• 研究高熵合金的晶体结构调控，提高性能 • 研究高熵合金的相结构调控，提高性能 • 研究高熵合金的缺陷调控，提高断裂韧性和抗疲劳性能
典型实例
• Inconel 718高熵合金：用于制造航空发动机涡轮盘 • Rene 95高熵合金：用于制造航天器轴承
高熵合金在能源领域的应用
能源领域的应用
• 制造核电站燃料棒、核反应堆结构件等部件 • 制造太阳能电池板、热交换器等部件 • 制造火力发电厂锅炉管道、汽轮机叶片等部件
典型实例
• Hastelloy X高熵合金：用于制造核电站燃料棒 • Pyromet高熵合金：用于制造太阳能电池板
高熵合金的概念及其特点
随着现代社会的发展 , 人们对更高性能的材料的性能需求增 加 , 因此传统合金已经不能满足社会的要求 , 因为传统合金的合 成理念是以一种或两种元素为主要元素的同时添加适量的其他 元素来改善或增加合金性能 , 从而获得所需具有特殊性能的合 金。这种合成方式带来了问题 , 一 , 金属的结构变得越来越复杂 , 使我们难以分析和研究 ; 二 , 过多添加其他元素 , 使组织中出现 了脆性金属间化合物 , 使合金性能下降 ; 三 , 限制了合金成分的 自由度 , 从而限制了材料的特殊微观结构及性能的发展。
3 高熵合金的性能特点 3.1 耐高温性
高熵合金具有较高的混乱度 , 且其混乱度会随着温度的增加 而增加。我们知道自由度越低 , 合金越稳定。由于在高温状态下 , 高熵合金依旧有着高的熵值 , 因此高熵合金在高温下依旧稳定 , 固
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M 管理及其他 anagement and other
溶强化依然存在，因此高熵合金在高温时依旧保持着较高的强度。 3.2 高硬度和高强度
自从进入钢铁时代，金属材料便成为了人类生产工具和生 活用品的主要原料，因此几千年来金属材料的发展对社会的发 展和进步有着极大的影响。传统合金的设计理念是以一种金属 元素为主元素，人类以此理念采用不同的的制造加工工艺来配 制不同的合金，进而应用到不同的地方。尽管可以通过添加特定 的少量合金元素来改善合金的性能，但合金元素种类过多会导 致出现很多化合物例如脆性金属间化合物，从而导致传统合金 性能的恶化，同时也给合金材料的组织和成分的控制带来很大 的困难。上世纪 90 年代初，台湾学者叶均蔚提出了高熵合金的 概念，即 ：以多种元素为主要元素的合金。也就是说这种合金是 由多种元素集体领导而表现其特色。高熵合金具有很多的特性， 如高强度，高硬度，耐磨性，耐腐蚀性和耐高温性，有着广阔的 发展前景。
高熵合金材料浅述
高熵合金材料浅述摘要：随着现代科技的飞速发展，传统合金设计已经进入了瓶颈期，逐渐无法满足人们对于金属材料性能的需求。
已有大量研究表明，高熵合金具有许多特殊的物理、化学和力学性能，如高的组织稳定性、优异的高低温力学性能、耐腐蚀、抗氧化、抗辐照等，在国防安全、航空航天、核工业等领域都具有重要的应用前景[1-3]。
关键词：高熵合金；耐高温；抗辐照1、高熵合金的研究现状1.1高熵合金的定义高熵合金（High-entropy alloys）简称HEA，也被称为多主元合金、成分复杂合金，2004年由叶均蔚教授最早提出[4-5]，由多种元素以近似等摩尔比含量形成的具有简单晶体结构的合金，确保了高熵合金中每一组元都不占据绝对的主导地位，各元素含量较为接近，各元素互为溶质和溶剂，没有溶质、溶剂之分，每一组元的特征属性都会影响高熵合金的微观组织和性能[6-8]，如图1所示。
1.2高熵合金的特性对于目前的高熵合金研究进行总结，与传统单元或者二元合金相比，研究人员分别从高熵合金形成的热力学、动力学、高熵合金结构和性能4个方面，归纳出了高熵合金独特的“四大效应”[9]。
1.热力学上的高熵效应。
一般来说，随主元数增加，传统合金会倾向于生成金属间化合物。
而高熵合金却与之相反，倾向于形成简单相，这主要是受高熵效应的影响。
2.组织结构上的晶格畸变效应。
受高熵效应用，高熵合金通常为固溶体相，因此在点阵晶格中，各组元原子占据位置的概率是相同的。
但是，不同组元的原子在尺寸、电负性和化学键等属性上存在差异，在占据点阵位置时，晶格会产生膨胀或收缩。
图1 高熵合金在三元相图中的区域位置（3）动力学上的迟滞扩散效应。
在高熵合金的铸造凝固过程中，相分离被抑制而延迟至低温发生，这种现象被称为迟滞扩散效应。
简单固溶体的产生是由相变决定的。
在相变过程中，各组元原子需通过协同扩散来实现分相。
而在熔融状态下，各组元原子处于混乱状态，这种有顺序的协同扩散无疑会阻碍原子扩散，抑制晶核长大。
高熵合金综述
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。
高熵合金简介
BCC
FCC
The number of phases is far lower than the maximum
F = C – P + 1 …. The Gibbs phase rule
P is number of phases
P = C of freedom, C is number of components, and F is degree + 1
High entropy alloys can be viewed as an atomic-scale composite. Therefore, they exhibit a composite effect from : Basic features of the elements
Interactions among all the elements
FCC 5 elements HE alloys
BCC 5 elements HE alloys
If the number of elements increase, and the atomic size differences is large, what will happen?
The distorted lattice will collapse into an amorphous structure since lattice distortion energy would be very high for retaining a crystalline configuration.
Indirect effects of the various elements on the microstructure
高熵合金概述PPT课件
②.高固溶强化 在HE合金中不存在基体元素，所以所有的原子都可以被认为是溶质原子。
同时，HE合金具有晶格畸变效应，可以增加位错运动的阻力。
③.降水强化机制 它依赖于固体溶解度随温度的变化而产生杂质相的细小颗粒，这阻碍了
位错的移动，并导致材料的硬化增加。
④.HE合金中的析出强化
如果添加具有强结合力和与其他元素具有不同原子尺寸（例如Co， Cr，Cu，Fe和Ni）并促进BCC相的形成元素，强度将会增加。
2019/10/21
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铝含量对相变的影响（AlxCoCrCuFeNi）：
FCC 至 BCC
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二.高熵合金的强化机理
①.固溶强化机理 当引入溶质原子时，会形成与位错相互作用的局部应力场，从而阻碍它
3.合金体系（7099）的数量大于传统合金（30）。
4.四个主要特性包括：高熵效应（热力学），迟缓扩散效应 （动力学），晶格扭曲效应（晶体结构），鸡尾酒效应。
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高熵效应
高熵效应在简化微观结构中起着重要作用。 1.形成固溶相，例如bcc和fcc，而不是有序相或金属间化合物。
BCC
高熵合金薄膜简介及研究进展
——王春吉 172060035
2019/10/20
目录
1.高熵合金简介 2.高熵合金的强化机制 3.高熵合金特性与应用 4.高熵合金薄膜的制作
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一.高熵合金简介
2004年多主元高熵合金被提出，并着重强调其固有的高混合熵。 1.合金的熵值较高。
2.合金中含有5-13个主要元素（5％≤X≤35％即不分主次）。
高熵合金简介
高熵合金的特点及其制备技术摘要：高熵合金是2004年由叶均蔚提出的一种新的合金设计方法，在过去的10多年里，被广泛的研究，取得了相当多的研究成果。
高熵合金由多种含量相近的主元混合而成，由于主元数增多，混合熵增加，混产生独特的高熵效应，并抑制金属间化合物和其他有序相的生成。
高熵合金的强化机制以固溶强化为主，部分高熵合金还存在第二相弥散强化。
高熵合金的制备方法主要是真空电弧熔炼，还有很多新的制备方法有待探究。
关键词：高熵合金高熵效应强化机制制备方法传统的合金都是基于一种或者两种金属为主体，通过添加其他合金元素来获得所需要的性能。
即使是大尺寸非晶材料，其设计理念也是以多种元素构成基体再添加其他合金元素。
在2004年的时候，叶均蔚提出了一种新的合金设计理念——多主元高熵合金，这种合金一般含有五种或五种以上的合金元素，且每种合金元素含量都在5%以上，没有任何一种元素占绝对多数[1][2]。
一、高熵效应按照传统的经验，合金元素在合金中的固溶量是有限的。
随着合金元素含量的增加，合金中出现复杂结构的金属间化合物及复杂相，这容易使合金的脆性增加。
但是在高熵合金中，尽管添加了如此多的合金元素，其晶体结构依然能够维持相对简单的FCC或BCC固溶体结构，同时还具有很多优于传统合金的独特性能，而这一切都得益于于高熵效应。
在高熵合金中，当元素数目较多而导致合金系统的混合熵高于形成金属间化合物的熵变时,高熵效应就会抑制金属间化合物的出现，而促使元素间的混合，最终形成体心立方结构（BCC）或面心立方结构（FCC）等较为简单的结构[1][2]。
根据玻尔兹曼熵的计算公式：S=klnΩ，熵值取决于体系的混乱程度。
当各种元素以等原子比混合时，其混合熵的计算公式：ΔS= Rln(n)，其混合熵ΔS值随元素种类数量的增加而增加。
当n=2时，ΔS=0.693R；当n=5时，ΔS=1.61R；当n=6时，ΔS= 1.79R。
当n大于5时，这一值已经和很多金属间化合物的形成焓与形成温度的比值（ΔH /T m ）接近。
高熵合金概述
高熵合金概述
高熵合金（High-entropy alloys，HEAs）是一类特殊的多元合金，与传统的合金相比，高熵合金具有在原子尺度上具有高度组织的特点。
它们由五个或更多不同元素构成，且每种元素的原子比例相对接近，这使得高熵合金具有非常复杂的原子结构。
高熵合金最早由材料科学家谢尔曼·斯林顿（Yeh J.W.）在
2004年提出，此后引起了广泛的研究兴趣。
由于其独特的组
成和结构，高熵合金表现出许多令人惊讶的特性。
例如，高熵合金具有较高的抗腐蚀性、较好的焊接性能、优异的机械性能和热稳定性。
它们还显示出良好的高温强韧性、较低的磨损率以及较好的低温韧性。
这些优异的性能使得高熵合金在航空航天、能源、汽车和电子等领域具有广泛的应用前景。
然而，高熵合金的设计和制备仍然面临许多挑战。
首先，选择合适的元素组合和比例非常重要，因为它们会直接影响高熵合金的性能。
其次，高熵合金的制备需要复杂的工艺流程，如高温熔炼、快速冷却和热处理等。
由于高熵合金的组成和结构的复杂性，对其性能和行为的理论解释也相对困难。
总的来说，高熵合金是一类具有特殊组成和结构的合金，具有许多令人惊讶的特性。
尽管还存在挑战，但高熵合金在材料科学领域引起了极大的关注，具有广泛的应用前景。
高熵合金定义
高熵合金定义
高熵合金是一种新型的材料，它的特点是由多种元素组成，且元素的比例相对均匀，从而形成了一种高度混杂的结构。
这种结构使得高熵合金具有非常优异的性能，例如高强度、高韧性、高耐腐蚀性等等。
因此，高熵合金被广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
高熵合金的研究始于2004年，当时由台湾科技大学的韩国瑜教授提出了这个概念。
他认为，传统的合金材料通常只由一种或几种元素组成，因此其结构相对单一，性能也有限。
而高熵合金则是由多种元素组成，且元素的比例相对均匀，从而形成了一种高度混杂的结构。
这种结构使得高熵合金具有非常优异的性能，例如高强度、高韧性、高耐腐蚀性等等。
高熵合金的制备过程相对复杂，需要采用高温高压等特殊条件。
但是，随着技术的不断进步，高熵合金的制备难度也在逐渐降低。
目前，高熵合金已经被广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
例如，高熵合金可以用于制造航空发动机叶片、核反应堆材料、高温氧化防护材料等等。
高熵合金是一种非常有前途的材料，它的优异性能使得它在各个领域都有广泛的应用前景。
虽然高熵合金的制备过程相对复杂，但是随着技术的不断进步，相信它的制备难度也会逐渐降低。
我们期待着高熵合金在未来的发展中能够发挥更加重要的作用。
高熵合金简介
THANK YOU
2017/05/05
此翻转传统合金概念的高熵合金也 因而受到最高点数的期刊注意，在5月19日 出版的自然(Nature)期刊作了专题报导「多 元金属合成的更强更韧更延合金」，认可 叶均蔚教授为创造出高熵合金的第一人， 并以神奇的「金属调合学」来形容。
高熵合金在性能上，也是非常独特的。元素间不同的尺寸和结合力，导致 了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应，保证了合金强硬；凝固过程中保留的大 量缺陷和能量，使得铸态的合金即保留了很大的残余能量，有利于孪晶等的发 生，变现出一系列优异的和特殊的力学行为；多种主元，保证了合金的钝化层 复杂，耐腐蚀性能优越，等等。现在的研究表明，高熵合金在机械性能、耐腐 蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异，目前越来越多的 国内外学者广泛关注！
目录
01 高熵合金的 发展背景 02 高熵合金的 特性 03 高熵合金的 应用 04 高熵合金的 发展前景
01
高熵合金的发展背景
过去几千年来，人类制造合金皆以 铁、铝等某一种金属为主，再添加少量其 他金属，以改善性质。若添加多种且大量 的其他金属，所得合金势必很脆。
这种迷思终于被清华大学材料工程 系的叶均蔚教授所推翻，在2004年首先发 表ห้องสมุดไป่ตู้合5、6种以上等比例金属，由实验证 明可得到性能优秀的合金，自此开创了全 新的材料研究及应用领域。
02
高熵合金的特性
高熵合金
高熵合金由于其具有很 多优异的性能，在过去的 十几年，吸引了大批的研 究者投入其中。到目前为 止，被研究过的高熵合金 大约有400多种，但是相比 起所有的元素组合方式， 这只是很小很小的一部分。 由于多种主元混合带来的 复杂性，人们对于高熵合 金的认识还不够完善。
高熵合金概述ppt课件.pptx
位错的移动，并导致材料的硬化增加。
④.HE合金中的析出强化 纳米晶体分散体将在铸态HE合金中提供有效的析出强化。
三.高熵合金特性与应用
①.出色的抗退火软化性 • 表1显示在1000℃退火12h后的
硬度。
②.高温强度 • AlXCoCrCuFeNi（Fcc）具有在
目录
1.高熵合金简介 2.高熵合金的强化机制 3.高熵合金特性与应用 4.高熵合金薄膜的制作
一.高熵合金简介
2004年多主元高熵合金被提出，并着重强调其固有的高混合熵。 1.合金的熵值较高。 2.合金中含有5-13个主要元素（5％≤X≤35％即不分主次）。 3.合金体系（7099）的数量大于传统合金（30）。 4.四个主要特性包括：高熵效应（热力学），迟缓扩散效应 （动力学），晶格扭曲效应（晶体结构），鸡尾酒效应。
高混合熵增强了元素间的互溶性，并防止相分离成有序相或 金属间化合物。
△Smix = RIn n
△Gmix = △Hmix -T△Smix
高熵合金的高熵显着降低了自由能，从而降低了其在合金凝固 过程中（特别是在高温下）的有序和偏析倾向（溶解度↑），使得 固溶体更容易形成并且比金属间化合物或其他有序相更稳定。
铝含量对相变的影响（AlxCoCrCuFeNi）：
FCC 至 BCC
二.高熵合金的强化机理
①.固溶强化机理 当引入溶质原子时，会形成与位错相互作用的局部应力场，从而阻碍它
们的运动并导致材料屈服应力的增加。
②.高固溶强化 在HE合金中不存在基体元素，所以所有的原子都可以被认为是溶质原子。
同时，HE合金具有晶格畸变效应，可以增加位错运动的阻力。
高熵合金 浓度波
高熵合金浓度波1 高熵合金的概念高熵合金是指由五种或以上元素组成的合金，其中每种元素的摩尔分数大致相同。
所谓“高熵”，是因为这些合金的晶格结构非常复杂，而且往往存在大量的缺陷和杂质。
相比之下，传统的合金通常只由几种元素组成，且每种元素的摩尔分数差别很大。
高熵合金的出现源于对传统合金材料研究的不断深入。
早期，人们认为只要合金中的每种元素保持精确的比例，就可以制造出高质量的材料。
但随着研究的深入，人们发现，仅仅具有精确的比例是不够的，而高度的均匀分布才是关键。
高熵合金的出现，就是对这一发现的进一步发掘。
2 浓度波的意义浓度波是高熵合金中的一种特殊结构，通常由相邻位置上的原子浓度波动而成。
这种结构的存在，可以帮助我们更好地理解高熵合金的形成和性质。
一方面，浓度波反映了高熵合金中的无序性。
由于每种元素的摩尔分数相近，高熵合金具有十分复杂的原子结构，与传统的合金完全不同。
而浓度波则是这种复杂结构的一种表现，它的存在可以帮助我们更好地把握高熵合金的本质。
另一方面，浓度波也反映了高熵合金中的局部有序性。
虽然整体上看，高熵合金具有良好的均匀分布特性，但在微观尺度上，它仍然会产生局部的有序结构。
这种结构可以对高熵合金的性质产生重要的影响，如提高强度和耐腐蚀性等。
3 浓度波的形成机制浓度波是高熵合金中的一种界面结构，其形成机制比较复杂。
目前，学界对浓度波的形成主要有两种解释，一种是热力学解释，另一种是动力学解释。
热力学解释认为，浓度波的形成是由于热力学上的不平衡造成的。
具体来说，高熵合金中存在大量的缺陷和杂质，这些缺陷和杂质对应着不同的能量状态。
当合金处于固态状态时，这些能量状态之间不断的转换，从而引起原子的重新分布，最终形成了浓度波。
这种解释较为简单，但对高熵合金中的缺陷和杂质的影响并未深入研究。
动力学解释则认为，浓度波的形成是由于原子之间的相互作用造成的。
具体来说，高熵合金中存在大量的原子，这些原子之间相互作用会导致原子的重新排列。
高熵合金 热解
高熵合金热解高熵合金热解是一种重要的材料制备方法，能够在高温条件下提高合金的热稳定性和力学性能。
本文将从高熵合金的概念、热解的原理、应用前景等方面进行阐述，以期能够全面了解高熵合金热解的重要性和研究价值。
一、高熵合金的概念高熵合金是指由五种或更多元素组成的均匀固溶体合金。
与传统合金相比，高熵合金具有更高的熵值，即元素的混乱程度更高。
这种高熵合金的特点使其具有良好的力学性能和热稳定性，成为材料科学研究的热点之一。
二、高熵合金热解的原理高熵合金热解是通过将高熵合金加热至高温，使其发生相变和晶格重排，从而改变合金的组织结构和性能。
在高温条件下，合金中的原子会重新排列，形成新的晶粒结构。
这种晶粒结构的改变可以显著提高高熵合金的强度、硬度和耐腐蚀性能。
三、高熵合金热解的应用前景高熵合金热解在材料科学领域具有广阔的应用前景。
首先，高熵合金的高热稳定性使其成为高温结构材料的理想选择，例如用于航空发动机和核电站等高温环境中的零部件。
其次，高熵合金热解可以改善合金的力学性能，提高其强度和硬度，使其成为制造高强度结构材料的重要方法。
此外，高熵合金的抗腐蚀性能也使其在化工行业和海洋工程领域有着广泛的应用。
四、高熵合金热解的研究进展高熵合金热解的研究主要集中在两个方向上。
一方面，研究人员致力于寻找新的高熵合金体系，探索其特殊的组织结构和性能。
另一方面，研究人员还在研究高熵合金热解的机理和工艺参数，以实现对合金性能的精确控制。
五、高熵合金热解的挑战和展望尽管高熵合金热解在材料科学领域有着广泛的应用前景，但其研究和应用仍面临一些挑战。
首先，高熵合金的合金体系和组织结构复杂，需要深入研究其相变和晶格重排的机理。
其次，高熵合金热解的工艺参数和条件对最终合金性能的影响需要进一步优化和控制。
未来，我们可以通过开展更深入的研究和实验，进一步探索高熵合金热解的机理和工艺，以实现对合金性能的精确控制和调控。
高熵合金热解是一种重要的材料制备方法，具有广阔的应用前景。
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高熵效应
高熵效应在简化微观结构中起着重要作用。 1.形成固溶相，例如bcc和fcc，而不是有序相 或金属间化合物。
BC
FC
2.相数远C远低于最大值
C
根据吉布斯相律有： F = C - P + 1
P=C+1
F ：自由度; C ：系统的组元数（例如化合物的数目）;P ：
③.降水强化机制 它依赖于固体溶解度随温度的变化而产生杂质相的
细小颗粒，这阻碍了位错的移动，并导致材料的硬化增加。
④.HE合金中的析出强化
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三.高熵合金特性与应用
①.出色的抗退火软化性
表1显示在1000℃退火 12h后的硬度。
②.高温强度
AlXCoCrCuFeNi（Fcc） 具有在高温下保持高强度 的优点。
AlCoCrFex合金在高温 下具有比高速钢更高的硬 度。
A：Al0.5CoCrCuFeNi ；B： Al01.0,CoCrCuFeNi ；C：
Al2.0CoCrCuFeNi
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AlCoCrFex合金在高温下具有比高速钢更高的硬度：
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高熵合金的耐磨性：
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高熵合金的应用
①.它可以用作建筑物的防火框架： 锻造Al0.3CrFeMn-X合金在700℃时的硬度比室温时 （Hv300）高，比2-1 / 4Cr-1Mo耐火钢更优异。 金属元素的成本较低。
在该点的相态数目 .
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为什么高熵效应可以简化微观结构？
高混合熵增强了元素间的互溶性，并防止 相分离成有序相或金属间化合物。
△Smix = RIn n
△Gmix = △Hmix T△Smix
高熵合金的高熵显着降低了自由能，从而降 低了其在合金凝固过程中（特别是在高温下）的 有序和偏析倾向（溶解度↑），使得固溶体更容易 形成并且比金属间化合物或其他有序相更稳定。
高熵合金可被视为原子级复合材料，因此它们 表现出复合效应的原因有：
1.元素的基本特征； 2. 所有元素之间的相互作用； 3.各种元素对微观结构的间接影响；
如果使用更多的轻元素（原子序数10至20）， 整体密度将会降低。
如果使用更多的抗氧化元素，例如Al，Cr和Si， 则可以提高高温下的抗氧化性。
如果添加具有强结合力和与其他元素具有不同 原子尺寸（例如Co，Cr，Cu，Fe和Ni）并促进
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迟缓扩散效应
高熵合金多主元的特点造成了迟缓扩散 效应。
多元晶格高度扭曲，因为所有的原子都 是溶质原子，并且它们的原子尺寸都是彼此不 同的。
FCC原始元 素晶格
FCC 5元素 HE合金
BCC 5元素 HE合金
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
晶格扭曲效应
从动力学角度来看，相分离的有效扩散速率将受到阻 碍原子运动的晶格畸变的限制，从而形成了晶格扭曲 效应。
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铝含量对相变的影响（AlxCoCrCuFeNi）：
FCC 至 BCC
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二①.高.固溶熵强合化机金理的强化机理
当引入溶质原子时，会形成与位错相互作用的局部 应力场，从而阻碍它们的运动并导致材料屈服应力的增加。
②.高固溶强化 在HE合金中不存在基体元素，所以所有的原子都可
以被认为是溶质原子。
同时，HE合金具有晶格畸变效应，可以增加位错运动的 阻力。
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结语
高熵合金具有一系列优越的性能，如高强度、 高硬度、高抗氧化性以及耐蚀性等。如今高熵合金 薄膜的研究主要分为三个类别：金属涂层、化合物 涂层以及复合涂层。高熵合金提出了丰富的合金设 计理念，为我们对于薄膜的选择增加了更多的可能 性。熔覆和磁控溅射是当前制备高熵合金的主要方 法，沿用传统的硬质薄膜制备理论设计开发高熵合 金涂层将成为涂层研究的一大重点。
②.它可以冷轧成箔。 AlCrFeMnNi合金在冷轧时比304不锈钢好， 它可以 连续冷轧成70μm箔片而没有任何裂纹和硬化。 这种HE合金具有非常好的可加工性，可以达到至少 4257％的冷轧延伸，然而不锈钢仅具有1543％。
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四：高熵合金薄膜的制作
薄膜制备方法有： 激光熔覆：将混合的纯合金粉末涂覆在基片上，利 用高温快速融化粉末再快速冷却从而制备出高熵合金。 操作简便，但是粉末混合过程容易产生较大的应力。 电化学沉积：在含有所要生长元素电解液的电解池 中，将所需要沉积的基底作为阳极，惰性耐腐蚀材料 作为阴极，从而沉积成膜。沉积速度较慢，体系限制 较大不易推广。 磁控溅射：将靶材原子轰击溅射沉积于基片上。该 方法沉积速率高，工艺简单，成分容易控制。
高熵合金薄膜简介及研究进展
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目录
1.高熵合金简介 2.高熵合金的强化机 制 3.高熵合金特 性与应用 4.高熵合金薄膜的 制作
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一.高熵合金简介
2004年多主元高熵合金被提出，并着重强调其 固有的高混合熵。 1.合金的熵值较高。
2.合金中含有5-13个主要元素（5％≤X≤35％即 不分主次）。
3.合金体系（7099）的数量大于传统合金 （30）。
HE合金可以产生纳米晶的沉淀或铸态下的无定形结构。 而在冷却过程中，HE合金可能发生相变。
晶格扭曲：在分配过程中元素的替代扩散和相互扩散组 分间的相互作用存在困难。而在冷却过程中的相分离通常在 较高的温度下受到抑制，因此延迟至较低的温度。它们最终 降低了成核和生长速率，导致纳米晶体的形成。
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鸡尾酒效应