高熵合金概述ppt课件
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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
3
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 ：
高熵合金薄膜简介及研究进展
1
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
2
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）。
在该点的相态数目 .
4
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。
15
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。
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
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。
AlCoCrFex合金在高温 下具有比高速钢更高的硬 度。
A：Al0.5CoCrCuFeNi ；B： Alwenku.baidu.com1.0,CoCrCuFeNi ；C：
Al2.0CoCrCuFeNi
11
AlCoCrFex合金在高温下具有比高速钢更高的硬度：
12
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。
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。
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
8
铝含量对相变的影响（AlxCoCrCuFeNi）：
FCC 至 BCC
9
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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5
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
6
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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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 ：
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）。
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。
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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。
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
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。
AlCoCrFex合金在高温 下具有比高速钢更高的硬 度。
A：Al0.5CoCrCuFeNi ；B： Alwenku.baidu.com1.0,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：
12
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。
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。
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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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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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
6
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。