(完整ppt)高熵合金
高熵合金PPT课件
Definition of high entropy alloys
Still in 2004, the concept of high entropy alloy was firstly introduced by Yeh JW
.
5
Yeh JW et al. Adv Eng Mater, 2004, 6: 299-303.
properties are not as simple as expected
17
Phase formation in the as-cast FeCoNiCrMn
➢Basically the alloy has a single fcc phase
but with a small fraction of unidentified phase (Cr2Mn oxide ?)
In 2004, Multicomponent FeCoNiCrMn alloy firstly reported by
Cantor B. with a simple fcc solid-solution structure.
.
4
Cantor B et al. MSE A, 2004, 375-377: 213-218.
feconicrmn吕昭平教授北京科技大学新金属材料国家重点实验室nationalsciencefoundationchinanos
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
.
1
Acknowledgements
➢ Students: W. H. Liu, S. Y. Li, H. L. Huang and Z. F. Lei
高熵合金 构型熵
高熵合金构型熵高熵合金（High-entropy alloys），简称HEA，是一种由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。
这类合金由于具有多种主元元素，其混乱度即熵值相对较高。
高熵合金的设计打破了传统合金以一种或两种元素为主的观念，使得多种元素都能在合金中以近等原子比的形式存在，不存在传统合金中的“基体元素”一说，即没有溶质原子和溶剂原子的差别。
高熵合金具有许多理想的性质，如高强度、高硬度、良好的抗断裂能力、抗拉强度，以及优异的抗腐蚀和抗氧化特性，这些都使其在材料科学和工程领域受到广泛的关注。
此外，高熵合金的研究为设计和发展更高性能的金属材料提供了新的可能。
尽管高熵合金的研究可以追溯到20世纪90年代，甚至早在18世纪就有相关的萌芽，但直到近年来，特别是在2010年代，高熵合金的研究才得到了大量的关注和深入的研究。
构型熵（或称为结构熵）是反映合金体系局部结构有序度的重要参数。
它与系统的混乱程度有关，代表了真实物理系统的状态函数。
具体来说，构型熵描述了某个系统中过冷液体与晶体的熵差，这与系统原子或者粒子的离散代表位置有关。
在无序合金体系中，构型熵尤为重要。
它可以看作是多种原子混合后产生的多余的熵，是由材料各组元不同组合方式引起的。
构型熵的计算公式如下：(S_{Str} = -\sum_i (\rho_i \log \rho_i))其中，(\rho_i) 是第(i) 种局域结构所占比例。
这个公式实际上是信息熵的一种应用，它量化了系统的不确定性或混乱程度。
在另一个表示形式中，对于一个包含(N) 个粒子的系统，如果局域结构的种类数为(K)，第(i) 个局域结构的数目为(n_i)，则(\rho_i = \frac{n_i}{N})。
但是，这个表示形式下的结构熵公式似乎有误，因为按照信息熵的定义，它应该是：(S_{Str} = -\sum_i (\rho_i \log \rho_i) = -\sum_i \left( \frac{n_i}{N} \log \frac{n_i}{N} \right))而不是(\log N - (\rho_i \log n_i))。
《CoCrFeNiCu系高熵合金的组织和力学性能》
《CoCrFeNiCu系高熵合金的组织和力学性能》一、引言随着现代工业技术的飞速发展，合金材料因其优异的性能被广泛应用于各种工程领域。
高熵合金作为一种新型合金材料，由于其独特的多主元结构，展现出了优异的力学性能和良好的抗腐蚀性。
CoCrFeNiCu系高熵合金作为其中的一种典型代表，其组织和力学性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将主要对CoCrFeNiCu系高熵合金的组织结构和力学性能进行详细的阐述。
二、CoCrFeNiCu系高熵合金的组织结构CoCrFeNiCu系高熵合金是一种由钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、镍（Ni）和铜（Cu）五种主要元素组成的合金。
这种合金具有较高的熵值，从而形成了一种固溶体结构。
由于多元的组成，合金在凝固过程中会产生多种元素间的相互作用，导致形成复杂的相结构。
首先，该合金的组织结构主要表现在其固溶体相的构成上。
在室温下，这种合金主要由体心立方（BCC）和面心立方（FCC）两种固溶体相组成。
这两种相的比例和分布情况将直接影响合金的力学性能。
其次，除了固溶体相外，该合金还可能存在一些其他相，如碳化物、金属间化合物等。
这些相的存在会进一步影响合金的整体性能。
因此，对这些相的形成条件和性质进行研究，对于理解和控制合金的微观组织具有重要意义。
三、CoCrFeNiCu系高熵合金的力学性能CoCrFeNiCu系高熵合金的力学性能主要体现在其硬度、强度、塑性和韧性等方面。
这种合金的硬度较高，具有较好的耐磨性，这得益于其固溶体相的硬度和稳定性。
同时，由于多元的组成和复杂的相结构，该合金具有较高的强度。
此外，该合金还具有良好的塑性和韧性。
这主要得益于其固溶体相的均匀分布和良好的界面结合。
在受到外力作用时，合金能够有效地吸收和分散能量，从而表现出较好的塑性和韧性。
四、影响CoCrFeNiCu系高熵合金力学性能的因素影响CoCrFeNiCu系高熵合金力学性能的因素主要包括成分、温度、热处理等。
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
.
9
04
高熵合金的发展前景
.
10
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
目录摘要 (1)1 绪论 (2)1.1课题的提出 (2)1.2高熵合金的发展趋势 (3)2 实验设计 (4)2.1实验材料的准备及制备工艺选择 (4)2.2X射线衍射试样的制备 (6)3高熵合金X衍射分析 (7)3.1 X射线衍射物象分析原理 (7)3.2高熵合金X射线衍射实验及结论 (7)4 高熵合金的研究现状 (8)5 结论 (10)参考文献 (10)青岛飞洋职业技术学院毕业论文摘要随着合金业的发展，传统的以单一组元为基础发展的合金体系已趋饱和,突破以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架已是冶金科学家的一个追求目标。
20世纪90年代,台湾科学家提出了与传统合金合计设计理念不同的高熵合金设计思路。
高熵合金在近几年的研究中所表现出的各方面的良好性能，引起科学界的普遍关注、积极探索。
纯金属其强度一般都很低，不适合做结构材料。
因此目前应用的金属材料绝大多数是合金。
这种由2种或2种以上的金属、或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的合金正得到越来越广泛的应用[1]。
目前常用的合金有锡青铜、低合金钢、高速钢、不锈钢、高温合金、铝合金、自熔合金等。
几千年来随着其合金体系地发展，人类已开发使用的实用合金系共有30余种。
目前应用的合金系统大多是以单一组元为基础发展起来的，例如钢铁材料和铝合金，Fe基、Ni基、Co基的超合金；起源于20世纪50年代二元基金属间化合物[2]也是1、2种金属为基础发展起来的。
非晶合金（金属玻璃）作为一种新型的合金，其优良的特性和广泛的应用潜能使其制备、发展和应用都得到了普遍关注[3][4]，但其仍没有摆脱基于1～2种主要元素来提高其性能的化合物的特点。
合金中如果元素过多，会形成的许多金属间化合物和复杂相，这些金属间化合物和复杂相会导致合金性能的恶化，如脆性、难以机加工等，同时也给材料的组织和成分分析带来一些很大的困难，阻止了合金向多主元方向发展。
中国台湾学者率先脱离传统合金的发展框架，提出多主元合金高熵合金概念，一种新的合金设计理念由此产生。
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。
(完整版)CuZr等原子比合金
4
2 高熵合金的特性与制备方法
高熵效应和迟滞扩散效应
➢ 高熵效应：高熵合金中元素种类较多，因此合金系统具有较高的熵 值，而金属间化合物的相是有序的，从而其混合熵较低，因此金属间化 合物的形成得到抑制而倾向于产生结构简单的晶体或者非晶相，从而产 生了高熵效应。 ➢ 迟滞扩散效应：应近几年，Yeh等人研宄发现HEAs与不锈钢和纯金 属相比，其元素的扩散速率最低，这导致HEAs产生迟滞扩散效应。这 种效应导致晶体形核容易但是长大难，因此通常用于解释HEAs中纳米 尺寸析出物的产生。
Tx (℃) Tp(℃) Tm (℃) 烧结温度（℃）
E3 692 716 1279 700 1050 E4 682 702 1278 690 1100
➢ 两种合金粉末均出现了放热峰，
表明合金发生晶化行为，这也证明
了非晶相的存在。
Fig. 2. DSC traces of as-milled E3 and E4 alloys at 20 K/ min heating rate (a, b), and FESEM
• 球磨10 h,有富Zr-hcp类的固溶 体相。
• 球磨到120 h，一个完全的非晶 相产生，且到200h非晶相依然 稳定的存在。
• 球磨10 h,Al和Ti元素均完全固 溶，出现富Zr-hcp和富Ti-hcp 类型的固溶体附峰；
• 球磨20h后，只有非晶相及富 Zr-hcp固溶体存在。
• 球磨30h后出现完全的非晶相。
Al、Ti、Ni添加制备CuZr等原子 比合金及结构和性能
报告人：**导师：
汇报内容
1
研究背景及意义
2 高熵合金的特性与制备方法
3
材料科学中的高熵合金
材料科学中的高熵合金从工业革命以来，人类对于新材料的开发一直是一项重要的任务。
随着科技的进步，材料科学也逐渐成为了一个重要的研究领域。
高熵合金作为材料科学的一个研究热点，受到了越来越多的关注。
什么是高熵合金？高熵合金，又称为熵稳定合金，是一种由多种元素组成、成分相近的合金。
与传统材料不同的是，高熵合金由于元素的数量众多以及元素相近，使得合金中的晶粒变得复杂多样，从而在材料的微观结构上具有无序和均匀的特点，因此在许多方面具有非常优良的物理性质和力学性能。
高熵合金的应用高熵合金的应用非常广泛。
它可以用于制备各种高硬度钢、高韧性材料、机械零件的制造等。
在航空航天和电子等领域，高熵合金也可以被用作热障涂层、电极材料、电池电极等。
高熵合金的特点高熵合金的成分复杂，晶体结构复杂多样，因而它有许多特点。
首先，高熵合金的多元是有规律的，也就是元素的比例在合金中是平均且均匀的。
其次，高熵合金的微观结构是无序的，这使得它在热力学方面具有非常强的稳定性。
这种无序结构可以减小合金在高温下的变形和蠕变现象。
此外，高熵合金的强度和硬度也特别高，可以达到许多传统材料所无法达到的水平。
如何制备高熵合金？制备高熵合金的方法非常繁多。
其中比较常用的方法包括熔融混合法、机械合金化法和热处理等方法。
熔融混合法是在高温下把多种元素混合在一起，形成高熵合金。
机械合金化法是通过机械活化改变材料的性质，使其在真空或惰性气体环境下可以得到高熵合金。
而热处理是在高温下进行，通过控制不同元素的分布和比例，制备高熵合金。
高熵合金的未来随着材料科学的发展，高熵合金的研究也将逐渐深入。
基于高熵合金多元无序、高熵热稳定等多项特点，未来高熵合金应用将更广泛。
同时，随着人类对空间、能源等领域的深入开发，高熵合金也将继续得到重视。
从这个角度来看，高熵合金无疑将在其未来发展中扮演重要的角色。
总之，高熵合金是当前材料科学研究的热点之一，它的特殊性能和广泛应用前途，使得它有着非常广泛的应用前景和发展空间。
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
钴铬铁镍铝高熵合金
钴铬铁镍铝高熵合金钴铬铁镍铝高熵合金是一种具有多元组分的非晶合金。
它由钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、镍(Ni)和铝(Al)等元素组成，其中各元素的含量相对均衡。
这种高熵合金具有许多优异的性能，被广泛应用于各个领域。
钴铬铁镍铝高熵合金具有优异的力学性能。
由于其具有多元组分的特点，高熵合金具有较高的固溶强化效应，能够有效地提高合金的强度和硬度。
同时，高熵合金还具有较好的韧性，能够在受力时延缓裂纹扩展，提高材料的耐久性。
这使得钴铬铁镍铝高熵合金在航空航天、汽车制造和船舶工程等领域中得到广泛应用。
钴铬铁镍铝高熵合金具有优异的耐腐蚀性能。
由于高熵合金中各元素的含量相对均衡，使得合金具有较高的抗腐蚀性能。
特别是在一些极端环境下，如高温、酸碱和盐腐蚀等条件下，钴铬铁镍铝高熵合金仍能保持较好的稳定性和耐蚀性。
这使得高熵合金在化工、海洋工程和能源领域等具有腐蚀性环境的应用中具有巨大的优势。
钴铬铁镍铝高熵合金还具有良好的高温稳定性。
高熵合金的非晶结构使其能够在高温下保持较好的形变能力和稳定性。
这使得高熵合金在高温合金、热障涂层和燃烧室材料等领域中得到广泛应用。
同时，高熵合金还具有较好的抗氧化性能，能够有效地抵抗高温氧化和热腐蚀的侵蚀。
钴铬铁镍铝高熵合金还具有良好的导电性和导热性。
由于高熵合金中含有多种金属元素，使得合金具有较高的电导率和热导率。
这使得高熵合金在电子、信息技术和热管理等领域中具有广泛的应用前景。
同时，高熵合金还具有较低的热膨胀系数，能够有效地抵抗热应力和热疲劳的产生。
钴铬铁镍铝高熵合金具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、高温稳定性和导电导热性能。
这使得高熵合金在航空航天、汽车制造、化工、能源和电子等领域中具有广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，高熵合金的研究和应用将进一步推动材料领域的发展。
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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8
铝含量对相变的影响（AlxCoCrCuFeNi）：
FCC 至 BCC
2019/10/21
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9
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。
2019/10/21
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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
2019/10/21
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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）。
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
在统计热力学中，熵与系统的混乱度相联系，根据Boltzmann关于熵与系统混乱度之
间的假设，n种元素按照等原子比混合形成固溶体时的摩尔位形熵ΔS
conf
由如下公式计算
[5]
：
Rn
n
kwR
S
conf
ln
1
= ln = ln=（1.1）
其中k=1.38054×10
-23
J/K是Boltzmann常数，w为热力学几率，R为气体常数。图1.1是由
1.3.2.1显微结构
台湾学者MIN-RUI CHEN
[9]
等人研究了在Al
0.5
CoCrCuFeNiV
x
（x=0 to 2.0，x为摩尔数）
合金系中添加适量V元素，研究钒元素的添加对合金性能的影响。对于该合金系列，当有
少量的V添加时，合金为简单的FCC固溶体结构，随着V含量增加到x=0.4，出现调幅分
解得到的BCC结构，并包围在枝晶FCC周围；V含量从x=0.4到x=1.0时，随着V的增
加，BCC结构的体积分数增加，当x=1.0时，FCC完全被BCC枝晶所取代。V含量在x=0.6
到x=1.0之间时，在BCC旋线结构中出现针状σ相，并随V含量的增加σ相也增加，但
当V含量在x=1.2到x=2.0时σ相又消失。
属于无序体心立方晶体结构
板条基体相，宽度约100nm，
属于有序体心立方晶体结构
41.3.2高熵合金的性能特点
高熵合金由于多主元的原因，使得高熵合金具有了上述提到的特殊效应，这些效应势
必会使得高熵合金具有某些独特的性能，诸多学者的研究事实表明高熵合金确实拥有很多
优异特性，以下简要介绍部分相关学者的新进研究成果。
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
有相当高的耐磨性。
CHIN-YOU HSU
[13]
等人在CuCoNiCrAl
0.5
Fe合金系中添加B元素，随着合金中B含量
的增加，合金系均保持面心立方，而且有硼化物沉淀产生，硼化物的体积分数也随硼含量
5的增加而增加，相应的合金硬度值从HV232到HV736，耐磨性和高温强度也随着硼化物
公式1.1计算出来的不同数量合金在等原子比混合下的混合熵。由上述公式计算知：当n=2
时，ΔS
conf
=5.76J/K·mol；当n=5时，ΔS
conf
=13.37J/K·mol。在材料热力学中，熵可分
为组态熵，混合熵和振动熵等，如果考虑原子振动组态、电子组态、磁矩组态等对熵的正
贡献，等摩尔合金的混合熵比上述计算的还要大。
表述的定义标准，就有相当大数量的合金体系属于该高熵合金体系。例如，从元素周期表
中任意选择十三种元素，当合金系统中合金元素由5到13种元素组成时，由式1.2计算总
共可得到7099种合金系统：
7099
13
13
13
12
13
11
13
10
13
9
13
8
13
7
13
6
13
5
C+ C+C+C+C+C+C+C+C=
（1.2）
0.5
合金，抗压强度达到1650Mpa，
22%以上弹性变形量。由于在非晶基体中包含了纳米相粒子，而使材料产生从顺磁性到超
顺磁性的有趣转变。
CHUNG-JIN TONG
分子动力学 高熵合金
分子动力学高熵合金分子动力学是一种用来研究物质运动状态与性质的科学方法。
它通过计算原子、分子或离子在不同尺度上的相互作用力，模拟并预测物质的行为。
而高熵合金，则是近年来备受关注的一种新型材料。
高熵合金一词源于熵的概念，熵代表了物质的无序程度。
传统合金通常由一种或数种主要元素组成，且原子分布均匀有序。
而高熵合金则是在原子尺度上具有高度无序分布的合金。
这种材料独特的特点使其拥有出色的物理和化学性质，广泛应用于材料科学、材料工程和制造业等领域。
高熵合金通过分子动力学研究，我们可以深入了解其微观机理和性能特点。
分子动力学模拟可以模拟原子的运动、相互作用和力学响应等过程，帮助我们揭示高熵合金的结构变化与材料性能之间的关系。
在研究高熵合金时，分子动力学模拟可以提供许多有效的指导，使我们能更好地优化合金的设计和性能。
例如，我们可以通过模拟不同组分、比例和掺杂元素对合金性能的影响，预测合金的力学强度、耐腐蚀性和热稳定性等特性。
这些预测结果可以为合金设计和材料优化提供重要的参考。
此外，分子动力学还可以帮助我们研究高熵合金在不同温度和应力下的行为。
通过模拟合金在高温、高应力环境中的性能变化，我们可以预测合金的热膨胀系数、热导率和塑性等特性。
这对于材料的使用和工程应用非常重要，可以帮助我们设计出更耐高温、高应力环境的高熵合金材料。
总之，通过分子动力学研究高熵合金，我们可以更好地理解这种材料的微观机理和性能特点。
分子动力学模拟为高熵合金的设计和优化提供了重要的指导，帮助我们开发出更具有应用价值的高熵合金材料。
未来，随着分子动力学模拟技术的不断发展和完善，我们相信高熵合金将在材料科学领域发挥更大的作用，为我们的生活和工作带来更多的惊喜和突破。
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➢ 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
FeCoNiCrMn exceeds 210 MPa·m-1/2
Abnormal low-temperature mechanical properties
Interesting physical properties of HEAs: discovery of superconductivity
P. Koželj et al. PRL 2014,113: 107001
Senkov et al. Intermetallics 2011; 19: 698-706
➢High yield strength at temperatures
up to 1600oC
➢The strong resistance to high-
temperature softening, as compared to the superalloys
51010001, 51001009, and 51271212) ➢ “111” Program (B07003) ➢ Program for Innovative Research Team in University
Traditional alloys are mostly based on one primary element
FeCoNiCrMn
Actually HEAs alloy have a simple solid-solution structure (mainly fcc or bcc) !!
Featuresortion
Lattice distortion Solution
Cantor B et al. MSE A, 2004, 375-377: 213-218.
Definition of high entropy alloys
Still in 2004, the concept of high entropy alloy was firstly introduced by Yeh JW
strengthening effect
Zhou, et al. Appl Phys Lett, 2008, 92: 241917 Senkov ON, et al. Intermetallics, 2011,19:698
Features of HEAs——sluggish diffusion
➢Constituent elements in the HEA matrix diffuse much slowly
Yeh JW et al. Adv Eng Mater, 2004, 6: 299-303.
Simple phase formation but complex metallurgical phenomenon
Cu-Zr binary alloy system
The Gibbs Phase Rule P=N+1-F When N=5, P=6
1600 oC
Features of HEAs——cock tail effect
➢the effect indicates that
the unexpected properties can be obtained after mixing many elements, which could not be obtained from any one independent element.
Steels (Fe), Al alloys, Ti alloys, Mg alloys, Supper alloys (Ni)
Discovery of high entropy alloys
In 2004, Multicomponent FeCoNiCrMn alloy firstly reported by Cantor B. with a simple fcc solid-solution structure.
1400oC 19h
As-cast
After compression
at 1073 K
Senkov et al. Intermetallics 2011; 19: 698-706
➢Formation of a single bcc phase ➢The bcc phase is highly stable up to