钛合金表面激光熔覆高熵合金
Al和Ti含量对激光熔炼AlxNbTiyV轻质高熵合金组织与性能的影响
第 1 期第 137-145 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.137-145第 52 卷2024 年 1 月Al 和Ti 含量对激光熔炼Al x NbTi y V 轻质高熵合金组织与性能的影响Effect of Al and Ti content on microstructure and properties of laser melting Al x NbTi y V lightweight high entropy alloy李子兴1，2，朱言言1，2，3*，程序1，2，3，张言嵩2，4，高红卫1，2，霍海鑫1，2（1 北京航空航天大学 前沿科学技术创新研究院，北京 100191；2 北京航空航天大学 大型金属构件增材制造国家工程实验室，北京 100191；3 北京航空航天大学 宁波创新研究院，浙江 宁波 315800；4 北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191）LI Zixing 1，2，ZHU Yanyan 1，2，3*，CHENG Xu 1，2，3，ZHANG Yansong 2，4，GAO Hongwei 1，2，HUO Haixin 1，2（1 Research Institute for Frontier Science ，Beihang University ，Beijing100191，China ；2 National Engineering Laboratory of AdditiveManufacturing for Large Metallic Components ，Beihang University ，Beijing 100191，China ；3 Ningbo Institute of Technology ，Beihang University ，Ningbo 315800，Zhejiang ，China ；4 School of Materials Science and Engineering ，Beihang University ，Beijing 100191，China ）摘要：轻质高熵合金在结构材料轻量化方面显示出巨大的应用价值，激光熔炼和激光增材制造技术因其极端冶金条件，为高熵合金研制提供了新思路。
激光增材制造AlxCoCrFeNi高熵合金的组织与性能
第 1 期第 220-230 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.220-230第 52 卷2024 年 1 月激光增材制造Al x CoCrFeNi 高熵合金的组织与性能Microstructure and properties of Al x CoCrFeNi high entropy alloys fabricated by laser additive manufacturing于丽莹1，王晨1，2，朱礼龙1，张华1，黄海亮1，阮晶晶1，张尚洲1，江亮1，周鑫1*（1 烟台大学 精准材料高等研究院，山东 烟台 264005；2 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙410083）YU Liying 1，WANG Chen 1，2，ZHU Lilong 1，ZHANG Hua 1，HUANG Hailiang 1，RUAN Jingjing 1，ZHANG Shangzhou 1，JIANG Liang 1，ZHOU Xin 1*（1 Institute for Advanced Studies in Precision Materials ，Yantai University ，Yantai 264005，Shandong ，China ；2 State Key Laboratory of PowderMetallurgy ，Central South University ，Changsha 410083，China ）摘要：为了研究Al 含量对FeCoCrNi 合金组织性能的影响，采用多路送粉激光熔覆设备高通量制备Al x CoCrFeNi 高熵合金（0≤x ≤0.9），通过X 射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针和显微硬度计测试合金的相组成、显微组织结构、成分和硬度。
结果表明：随着Al 含量的增加，Al x CoCrFeNi 高熵合金由单一FCC 相（x ≤0.35）转变为FCC+BCC 双相结构（0.35<x <0.85），最后转变为单一BCC 结构（x ≥0.85）。
钛合金激光熔覆的几种熔覆体系
关于钛合金表面激光熔覆熔覆体系的总结概况钛合金表面激光熔覆材料主要包括：自熔性合金材料、复合材料、陶瓷材料。
其中，自熔性合金材料主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金三大系列。
其主要特点是含有强烈脱氧和自熔作用的硼元素和硅元素。
这类合金在激光熔覆时，硼和硅被氧化生成氧化物，在熔覆层表面形成薄膜。
这种薄膜既能防止合金中的元素被过度氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而减少熔覆层中的夹杂物和含氧量，易获得氧化物含量低、气孔率少的激光熔覆层。
硼和硅还能降低合金的熔点，改善熔体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。
自熔合金的硬度随合金中硼、硅含量的增加而提高。
这是由于硼、硅元素与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
1.镍基合金粉末镍基合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件，所需的激光功率密度要比熔覆铁基合金的略高。
镍基合金的合金化原理是运用Fe、Cr、Co、Mo、W等元素进行奥氏体固溶强化，运用Al、Ti等元素进行金属间化合物沉淀强化,运用B、Zr、Co等元素实现晶界强化。
镍基自熔性合金粉末中各元素的挑选正是基于以上原则来选择的，而合金元素添加量则依据合金成形性能和激光熔覆工艺来确定。
目前，镍基自熔性合金主要有Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两种，前者硬度低，韧性好，易于加工；后者是在Ni-B-Si合金基础上加入适当的Cr而形成的。
Cr能溶于Ni中形成镍铬固溶体而增加熔覆层强度，提高熔覆层的抗氧化性和耐蚀性。
Cr还能与B和C形成硼化物和碳化物，提高熔覆层的硬度和耐磨性。
增加Ni-Cr-B-Si合金中的C、B和Si 含量，可使熔覆层硬度从25HRC提高到60HRC左右，但熔覆层的韧性相应却有所下降。
这类合金中实际应用较多的是Ni60和Ni45。
另外，通过增加其成分中Ni的含量，可使裂纹率明显下降。
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展激光熔覆高熵合金涂层是一种应用于材料表面改性工艺中的新型技术。
高熵合金是指由五种或更多元素构成的合金，具有优异的力学性能和化学稳定性。
激光熔覆是一种通过高能量密度激光束将粉末材料瞬间熔化并喷射到基体表面形成涂层的过程。
本文将对近年来激光熔覆高熵合金涂层的研究进展进行探讨。
近年来，激光熔覆高熵合金涂层的研究逐渐受到关注。
首先，研究人员通过调控激光功率、扫描速度和激光束偏转等参数，成功制备出了具有较好性能的高熵合金涂层。
例如，通过优化激光功率和扫描速度可以有效控制涂层的微观结构和组织形貌，提高涂层的致密性和界面结合力。
此外，通过使用激光束偏转技术，可以实现对涂层表面的复杂几何形状进行加工。
其次，研究人员还通过合金元素的选择和调节，进一步改善了高熵合金涂层的性能。
例如，增加合金元素含量可以提高涂层的硬度和耐磨性，而添加助剂元素则可以改善涂层的耐腐蚀性能。
此外，研究人员还尝试了不同组元比例的高熵合金涂层，并通过分析其相组成和组织结构，探索了合金元素对涂层性能的影响机制。
此外，研究人员还对激光熔覆高熵合金涂层的力学性能进行了深入研究。
通过压缩试验、拉伸试验和硬度测试等手段，研究人员评估了高熵合金涂层的力学性能。
研究结果表明，高熵合金涂层具有较高的硬度和优异的抗磨损性能，且其力学性能与传统合金涂层相比具有较大优势。
最后，研究人员还对激光熔覆高熵合金涂层的应用进行了拓展。
由于高熵合金涂层具有良好的耐磨、耐腐蚀和高温性能，可以应用于航空航天、汽车制造和能源领域等多个工业领域。
例如，在汽车发动机缸体上涂覆高熵合金涂层，可以提高其耐磨性和使用寿命。
在航空航天领域，高熵合金涂层可以应用于发动机涡轮叶片和航空发动机冷却片等高温部件。
因此，激光熔覆高熵合金涂层具有广阔的应用前景和市场潜力。
综上所述，激光熔覆高熵合金涂层的研究进展在材料表面改性领域具有重要意义。
通过合理地选择合金元素、优化加工参数和控制涂层结构，可以制备出具有优异性能的高熵合金涂层。
钛合金表面激光熔覆改性技术
钛合金的磨损机理为塑性变形，显微切削 熔覆层的磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损
20℃下磨损形貌，左边基材，右边熔覆层
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提高抗氧化性能——激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂层
高熵合金：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔
比或近等摩尔比混合形成的固溶体合金。具有很好 的力学性能，耐磨耐蚀性能和高温性能。 希望用激光熔覆的方法在钛合金表面制备高熵 合金涂层来提高其高温抗氧化性能。
用细胞培养实验（MTT）测试表面的生物 相容性。 490 nm波长吸收光度可以测量表面的细胞 数量 随着时间延长，细胞数目都是增加的，但 是HA涂层的细胞数量多于钛合金表面。
钛合金表面细胞成梭型，细胞聚集在一起， 较少铺展开；HA表面的细胞铺展开来并相 互联结。可以看出HA表面的生物相容性较 钛合金更好
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钛合金在应用中存在的一些问题
耐磨性能 钛合金具有比强度高、耐蚀性能好等优点，是航天、航空、汽车、 船舶和化工等部门中广泛使用的结构材料。但是，由于钛合金硬度较 低（约360HV），用在摩擦部位时，易产生磨损而失效，这就阻碍了钛 合金的广泛使用，限制了它在运动构件上的应用。 耐蚀性能和抗氧化性能 Ti是一种很活泼的金属，在常温下钛合金表面会有一层致密的氧化 膜起到保护的作用，但是在高温下，氧化膜会失去保护的作用，导致 钛合金构件因为氧化腐蚀而失效。 生物相容性 钛合金具有较好的生物组织相容性和很高的比强度, 是制备人工骨骼 比较理想的材料。但是纯Ti的机械强度较低，也不耐磨，为了提高Ti的 机械性能，常添加Al、V、Mo、Zr、Nb等元素形成合金，但这是以牺牲 其生物相容性为代价的。这些合金元素会缓慢的释放，对人体造成影 响。
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参考文献
[1]. Fei Weng, Chuanzhong Chen, Huijun Yu. Research status of laser cladding on titanium and its alloys- A review. Materials and Design (2014) 58:412–425 [2]. Xiu-Bo Liu, Xiang-Jun Meng, Hai-Qing Liu, Gao-Lian Shi, Shao-Hua Wu, Cheng-Feng Sun,Ming-Di Wanga, Long-Hao Qi. Development and characterization of laser clad high temperature self-lubricating wear resistant composite coatings on Ti–6Al–4V alloy. Materials and Design (2014) 55:404–409 [3]. Can Huang, Yongzhong Zhang. Thermal stability and oxidation resistance of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloycoatings on Ti–6Al–4V alloy, Surface & Coatings Technology, (2011) [4]. D.G. Wang, C.Z. Chen, J. Ma, G. Zhang. In situ synthesis of hydroxyapatite coating by laser claddin. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2008) 66:155–162 [5]. Min Zhenga, Ding Fan, Xiu-Kun Li, Wen-Fei Li, Qi-Bin Liu, Jian-Bin Zhang. Microstructure and osteoblast response of gradient bioceramic coating on titanium alloy fabricated by laser cladding. Applied Surface Science (2008) 255: 426–428 [6]. Can Huang , Yongzhong Zhang. Dry sliding wear behavior of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloy coatings on Ti-6Al-4V substrate, Materials and Design, (2012)
激光熔覆高熵合金涂层的研究现状及存在的问题
激光熔覆高熵合金涂层的研究现状及存在的问题激光熔覆技术是一种常用的表面改性技术，可以通过在基材表面刻蚀得到所需的复杂结构和性能，广泛应用于冶金、航空航天、汽车等行业。
高熵合金是一种特殊的合金材料，具有出色的力学性能和耐热性能，在高温和高应力环境下表现出优异的综合性能。
因此，研究激光熔覆高熵合金涂层对于提高材料表面性能具有重要意义。
本文将从高熵合金及其涂层的特点、激光熔覆技术的应用、研究现状和存在的问题等方面进行综述。
一、高熵合金的特点高熵合金是一种由五种或更多元素构成的合金，其中每种元素的摩尔含量相近。
高熵合金与传统合金相比具有以下几个显著特点：1. 多元元素：高熵合金由多种元素组成，具有均匀的化学成分，这使得它们在合金的微结构上具有很高的复杂性。
2. 高熵性：高熵合金的熵值接近理论熵上限，即具有高度混乱的排列态。
这种高度混乱的排列方式使得高熵合金具有出色的力学性能和耐热性能。
3. 均匀性：高熵合金中各种元素的分布是均匀的，这使得高熵合金具有很高的韧性和抗腐蚀性。
二、激光熔覆技术的应用激光熔覆是一种基于激光焊接的表面改性技术，通过在基材表面加热并熔化材料，然后迅速冷却形成涂层，可以有效地提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
激光熔覆技术在冶金、航空航天、汽车等行业具有广泛的应用，可以大幅提高材料的使用寿命和性能。
三、激光熔覆高熵合金涂层的研究现状目前，对于激光熔覆高熵合金涂层的研究主要集中在以下几个方面：1. 材料开发：研究者通过调控高熵合金中的元素含量和种类，寻找合适的高熵合金材料，以提高涂层的性能。
2. 工艺优化：激光熔覆工艺参数的选择对于涂层的性能具有重要影响。
研究者通过优化激光功率、扫描速度、熔覆层数等参数，以提高涂层的致密性和硬度。
3. 相变控制：高熵合金涂层的相变过程对于涂层性能具有重要影响。
研究者通过控制激光熔覆参数和熔覆材料的组成，以控制涂层相变过程，提高涂层的力学性能和耐热性能。
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。
钛合金表面激光熔覆高熵合金
钛合金表面激光熔覆高熵合金钛合金是一种广泛应用于航空航天、汽车工业、医疗器械等领域的重要结构材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
然而，钛合金在一些极端环境下，如高温、高压、强腐蚀性环境下，仍然面临着一定的挑战。
为了进一步提升钛合金的性能，可以通过激光熔覆技术在其表面涂覆高熵合金。
高熵合金是近年来发展起来的一种新型材料，由于其具有高度均匀的成分分布和一定的稳定性，逐渐受到工程界的关注。
高熵合金由多种元素组成，相较于传统合金，高熵合金的成分比较复杂，因而具有非常特殊的结构和性能。
高熵合金具有较低的热传导率、高的熔点和较好的耐腐蚀性能，这些特点使得高熵合金在面对极端环境时具有更好的表现。
激光熔覆技术是一种将激光束、高能密度激光束照射于特定材料表面，使其迅速熔化并与基材混合的方法。
激光熔覆可以在钛合金表面形成一层非常薄的高熵合金涂层，从而能够改善钛合金的性能。
激光熔覆的优点在于能够选择多种不同元素的粉末作为原材料，通过调整熔覆工艺参数，实现合金材料的多种组分优化。
钛合金表面激光熔覆高熵合金的方法一般分为两步。
首先，在钛合金表面预先涂覆一层高熵合金原材料的粉末。
随后，利用激光束对涂层进行熔覆。
激光的高能量密度可以将粉末迅速加热熔化，形成液态合金，并与钛合金基材发生冷凝反应。
熔覆过程中，粉末中的元素会与基材中的元素发生扩散，形成均匀的合金结构，并与基材牢固结合。
因此，激光熔覆技术可以在表面形成一层具有高熵合金结构的涂层。
通过激光熔覆高熵合金在钛合金表面形成的涂层，具有很多独特的性能优势。
首先，高熵合金涂层具有较低的热传导率，可以有效降低热应力和热疲劳现象的发生，提高材料的热稳定性。
其次，高熵合金涂层具有很高的熔点，可以保护钛合金基材免受高温腐蚀的侵蚀。
此外，高熵合金涂层还具有较好的耐腐蚀性能，可以有效抵抗强腐蚀性介质的侵蚀。
最后，高熵合金具有高硬度和较好的耐磨性能，可以提高钛合金的抗磨损性能。
总的来说，钛合金表面激光熔覆高熵合金是一种有效提高钛合金材料性能的方法。
激光熔覆高熵合金国外研究现状
激光熔覆高熵合金国外研究现状激光熔覆高熵合金是一种新型的合金材料，其独特的化学组成和微观结构给它带来了许多新的性能特点，例如高强度、高韧性、高耐蚀性和高温性能等。
这些特点使得激光熔覆高熵合金在航空航天、汽车、船舶和石油化工等领域具备广泛的应用前景。
目前，国外对激光熔覆高熵合金的研究已经取得了不少进展，以下将就其研究现状进行详细介绍。
首先，在激光熔覆高熵合金的制备方面，国外科学家主要采用了激光熔覆和激光沉积两种方法。
其中，激光熔覆法是最常用的一种方法，该方法通过激光的高能量照射，使得金属粉末或者薄片熔化、混合以及熔融，形成高熵合金材料。
而激光沉积法则是将高熵合金的成分逐层沉积在基板上，并且通过控制激光器的功率和扫描速度等参数，使得高熵合金材料具备良好的结晶度和力学性能。
同时，国外的研究者们还利用了液相沉淀、机械球磨、热处理等方法进行材料的制备。
其次，在激光熔覆高熵合金的性能研究方面，国外科学家主要关注高熵合金的微观结构、力学性能、耐腐蚀性和高温性能等方面。
其中，激光熔覆高熵合金的微观结构是该领域的重点研究对象。
在这方面，许多研究表明，激光熔覆高熵合金的微观结构具有无序度高、原子排列随机、晶粒尺寸均匀等特点。
同时，国外研究者还在研究高熵合金的力学性能、耐腐蚀性和高温性能等方面进行了大量的实验和模拟研究。
最后，鉴于激光熔覆高熵合金的优异性能，国外相关学者们已经开始探索应用领域。
例如，德国的研究团队已经成功地利用激光熔覆高熵合金制备出优异的耐磨损、耐腐蚀性能的涂层材料，并且在风电叶片、汽车制造等领域展开了应用探索。
综上，激光熔覆高熵合金在国外已经成为了一个热门研究领域，其制备、性能和应用等方面已经取得了不少进展。
尽管目前国内的研究还处于起步阶段，但随着国家对高端装备制造和高新技术产业的支持力度逐渐增大，相信未来国内激光熔覆高熵合金的研究和应用会得到更广泛的关注和重视。
高熵合金新材料的研究进展
高熵合金新材料的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步和工程需求的日益提高，新材料的研究与开发已经成为推动社会发展的重要驱动力。
高熵合金作为一种新型合金材料，以其独特的组织结构和优异的性能引起了国内外学者的广泛关注。
本文旨在全面综述高熵合金新材料的研究进展，包括其定义、特性、制备方法、应用领域以及面临的挑战等方面，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供参考。
高熵合金，也被称为多主元合金，是一类由五种或五种以上主要元素组成的合金，这些元素在合金中的含量通常在5%至35%之间。
由于其组成元素的多样性，高熵合金在组织结构、力学性能、物理性能等方面表现出与众不同的特点。
与传统合金相比，高熵合金通常具有高强度、高硬度、高耐磨性、高热稳定性以及良好的抗腐蚀性能等。
本文将从高熵合金的制备技术、性能优化、应用拓展等多个方面，系统介绍高熵合金的研究现状和发展趋势。
也将探讨高熵合金在实际应用中面临的挑战和未来的发展方向，以期为高熵合金的进一步研究和应用提供有益的参考和启示。
二、高熵合金的制备技术与工艺高熵合金作为一种新型金属材料，其制备技术与工艺对于其性能和应用具有至关重要的影响。
目前，研究者们已经探索出多种制备高熵合金的方法，包括熔炼法、粉末冶金法、机械合金化法以及溅射法等。
熔炼法是最早用于制备高熵合金的方法之一，它通过将不同元素的原料混合在一起，然后在高温下进行熔炼，使元素间充分扩散和混合，最终得到高熵合金。
这种方法制备出的高熵合金成分均匀，但可能会受到杂质元素的影响，导致性能下降。
粉末冶金法是一种通过粉末混合、压制和烧结等步骤制备高熵合金的方法。
这种方法可以精确控制合金的成分，并且能够在较低的温度下制备出高熵合金，避免了熔炼过程中可能出现的氧化和挥发等问题。
然而，粉末冶金法制备的高熵合金可能存在孔隙和密度不均等问题。
机械合金化法是一种通过高能球磨等机械方式使元素粉末混合并发生固态反应制备高熵合金的方法。
这种方法可以在较低的温度下实现元素间的混合和反应，制备出的高熵合金具有纳米结构，性能优异。
激光熔覆高熵合金
激光熔覆高熵合金
激光熔覆高熵合金是一种利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的工艺方法。
高熵合金是一类新型的金属材料，具有优异的力学性能、耐腐蚀性和高温性能等优点，因此在航空航天、石油化工、汽车等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于高熵合金的制备工艺复杂，成本较高，限制了其推广应用。
激光熔覆技术是一种非线性复杂、多学科和现代技术，通过将高能量密度的激光束照射到金属表面，使其快速熔化并迅速冷却，从而形成一层具有特殊性能的涂层。
利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层，可以降低制备成本，提高涂层的致密度和性能。
在激光熔覆高熵合金的过程中，通过控制合金元素的种类和比例，可以获得具有优异性能的涂层。
例如，通过添加碳纳米管等增强相，可以提高涂层的强度和韧性；通过控制合金元素的扩散和相变过程，可以获得具有良好耐腐蚀性和高温性能的涂层。
总之，激光熔覆高熵合金是一种具有重要应用前景的金属材料表面改性技术，可以显著提高金属材料的性能和使用寿命，降低制备成本，为推动金属材料的发展和应用提供新的途径。
高熵合金制备方法
高熵合金制备方法高熵合金是一类含有多种元素的均匀合金材料，具有优异的力学、物理、化学性能，可应用于诸多领域，包括航空航天、汽车、电子等。
其制备方法主要包括机械合金化、熔融合金化、电化学制备和激光熔化等。
以下将对这些方法进行详细介绍。
1. 机械合金化法机械合金化法是一种利用高能球磨设备将多种金属粉末混合制备高熵合金的方法。
具体步骤如下：（1）将多种金属粉末和球磨介质放入球磨容器中，如钢球、陶瓷球等。
（2）在球磨容器中进行高能球磨，使金属粉末发生剧烈碰撞和摩擦，形成均匀的混合物。
（3）将球磨得到的混合物进行热处理，使其形成高熵合金。
机械合金化法的优点是简单易行，不需要昂贵的设备，可以制备大量高熵合金。
但缺点是球磨时间长，需要进行多次球磨和热处理才能得到理想的合金成分。
2. 熔融合金化法熔融合金化法是将多种金属元素熔融混合，然后进行冷却、固化和热处理等环节，制备高熵合金的方法。
具体步骤如下：（1）按照配比将多种金属元素按一定比例混合。
（2）将混合好的金属元素进行熔融，形成均匀的合金。
（3）将熔融的合金进行冷却和固化，使其形成均匀的晶体结构。
（4）对固化后的合金进行热处理，使其形成高熵合金。
熔融合金化法的优点是样品成分易控制，成分均匀性好，并且可以制备大量高熵合金。
但缺点是需要昂贵的设备和高温条件，同时制备过程比较复杂。
3. 电化学制备法电化学制备法是通过电化学沉积制备高熵合金的方法。
具体步骤如下：（1）根据配比将多种金属离子加入到电解液中。
（2）在电解液中通过电极反应将金属离子还原成金属原子。
（3）原子在电极表面形成新的合金层，进行沉积。
（4）将沉积得到的合金进行热处理，形成高熵合金。
电化学制备法的优点是合金成分可控制，且可以制备出高纯度的高熵合金。
但其缺点是设备成本较高，并且沉积速度较慢，需要较长时间才能制备出高质量的高熵合金。
4. 激光熔化法激光熔化法是利用激光进行不同元素的熔化和混合，制备高熵合金的方法。
高熵合金课题介绍
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挑战与展望
PART 5
挑战与展望
尽管高熵合金具有许多独特的性能特点，但在实际应用中仍存在一些挑战和问题需要解决 。例如，高熵合金的制备工艺较为复杂，成本较高，且其性能与传统的金属材料相比还存 在一定的差距。此外，对于高熵合金的相结构、力学性能、耐磨性能等方面的研究还不够 深入，仍需要进一步探索和研究
由于高熵合金具有独特的性能特点，因此它们在许多领域都具有潜在的应用前景。例如
航空航天领域：高熵合金具有高强度 、良好的抗氧化性和良好的韧性，因 此可以用于制造航空航天器的重要部 件，如发动机叶片、涡轮盘等
能源领域：高熵合金在高温环境下具 有良好的稳定性和抗氧化性，因此可 以用于制造高温燃料电池和太阳能电 池的重要部件
新材料研发：基于高熵合金的原理和特 点，开发新型的高熵合金材料，以满足 不同领域的需求
应用领域研究：深入研究高熵合金在各 个领域的应用前景和潜力，探索新的应 用领域和用途，以推动高熵合金的广泛 应用和发展
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挑战与展望
总之，高熵合金作为一种新型的金 属材料，具有广阔的应用前景和潜 力
未来，需要进一步加强基础理论研究、 工艺技术研究、新材料研发和应用领 域研究等方面的工作，以推动高熵合 金在各个领域的应用和发展
良好的耐磨性
高熵合金具有较高的硬度和良好的耐 磨性，这使得它们在磨损环境下具有 较好的耐久性
良好的抗氧化性
高熵合金在高温环境下具有良好的抗 氧化性，这使得它们在高温环境下具 有较好的稳定性
良好的韧性
高熵合金通常具有较好的韧性，这使 得它们在承受冲击和疲劳载荷时不易 脆断
4
应用前景
PART 4
应用前景
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。
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展
激光熔覆高熵合金涂层的研究进展
摘要：激光熔覆是一种常用的表面改性技术，可以在材料表面形成高硬度、耐磨损的涂层。
近年来，激光熔覆高熵合金涂层的研究得到了广泛关注。
本文从激光熔覆的原理、高熵合金的特性以及研究进展等方面综述了激光熔覆高熵合金涂层的最新研究进展，对于该领域的研究具有重要的参考价值。
1.引言
-激光熔覆技术概述
-高熵合金简介
-激光熔覆高熵合金涂层的研究背景和意义
2.激光熔覆高熵合金涂层的制备方法
-激光熔覆工艺参数的选择
-高熵合金粉末的选择和预处理
-激光熔覆高熵合金涂层的制备过程
3.激光熔覆高熵合金涂层的微观结构与性能
-显微组织表征
-显微硬度测试
-摩擦磨损性能测试
-腐蚀性能测试
4.激光熔覆高熵合金涂层研究的影响因素
-激光功率与扫描速度
-粉末粒径与成分
-基底材料的影响
-预处理技术对涂层性能的影响
5.激光熔覆高熵合金涂层在实际应用中的前景
-高温腐蚀防护
-摩擦磨损耐久性
-电子设备散热材料
6.激光熔覆高熵合金涂层的发展方向
-涂层微观结构的优化
-表面改性与复合涂层的研究
-量产技术与工业化应用的挑战
7.结论
以上是一份关于激光熔覆高熵合金涂层研究进展的1500字以上的文档。
文档包含了激光熔覆技术概述、高熵合金简介、制备方法、微观结构与性能、影响因素、实际应用前景以及未来发展方向等内容，对于读者了解该领域的研究现状和未来趋势具有参考价值。
激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展
第50卷第12期表面技术2021年12月SURFACE TECHNOLOGY·257·激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展周子钧，姜芙林，宋鹏芳，杨发展，王玉玲，杨勇，梁鹏（青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520）摘要：利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层。
为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能，需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理。
首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势，总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理。
重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素，对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理。
高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素，在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性，但是随着元素含量的进一步增加，由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧，可能导致涂层的耐腐蚀性能降低。
适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性，原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀。
退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺，通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征，来提高其耐腐蚀性。
激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高，则腐蚀速率越快。
最后，对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望。
关键词：激光熔覆；高熵合金；防护涂层；耐腐蚀性；影响机理中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2021)12-0257-14DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2021.12.025Advances in Corrosion Resistance of High Entropy AlloyCoatings Prepared by Laser CladdingZHOU Zi-jun, JIANG Fu-lin, SONG Peng-fang, YANG Fa-zhan,WANG Yu-ling, YANG Yong, LIANG Peng(School of Mechanical and Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China)ABSTRACT: The high entropy alloy coating prepared by laser cladding technology has become a new kind of green, clean and corrosion resistant coating. In order to maximize the corrosion resistance of high entropy alloy coatings, it is necessary to explore the influencing factors and mechanism of the corrosion resistance of high entropy alloy coatings. The theory of high entropy alloy and the advantages of high entropy alloy coatings prepared by laser cladding technology are described, and the收稿日期：2021-01-27；修订日期：2021-04-25Received：2021-01-27；Revised：2021-04-25基金项目：山东省自然科学基金资助项目（ZR2018PEE011，ZR2019MEE059）；山东省重点研发计划项目（2019GNC106102，2018GSF117038）Fund：Shandong Provincial Natural Science Foundation (ZR2018PEE011, ZR2019MEE059), Key Research and Development Program of Shandong Province (2019GNC106102, 2018GSF117038)作者简介：周子钧（1997—），男，硕士研究生，主要研究方向为激光加工及再制造。
高熵合金制备方法进展
高熵合金制备方法进展摘要：高熵合金是一种具有优异性能的新型材料，具有高强度、高耐磨性、良好的高温性能等优点。
本文对高熵合金制备方法的进展进行了综述，介绍了高熵合金的基本概念、制备方法及其优缺点，并探讨了高熵合金未来的研究方向。
引言：高熵合金是一种新型材料，由于其具有高强度、高耐磨性、良好的高温性能等优点，引起了材料科学领域的广泛。
高熵合金是由五种或五种以上的金属元素以接近等原子比的方式组成的合金。
与传统合金相比，高熵合金具有更为复杂的物理和化学性质，这也为其制备带来了新的挑战。
因此，本文旨在综述高熵合金制备方法的进展，以期为未来的研究提供参考。
预备知识：高熵合金的制备需要掌握材料的物理化学性质、制备工艺、设备以及实验方法等方面的知识。
其中，材料的物理化学性质包括密度、熔点、热膨胀系数等，制备工艺包括熔炼、铸造、热处理等，设备包括真空炉、电弧炉、感应炉等，实验方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析等。
高熵合金制备方法进展：1、制备技术综述：高熵合金的制备方法主要包括熔炼、铸造、热处理等。
其中，熔炼法是最常用的制备方法，包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼等。
铸造法可分为精密铸造和砂型铸造，热处理则包括退火、正火、淬火等。
2、成分设计：高熵合金的成分设计是制备过程中的关键环节。
为了获得性能优异的高熵合金，需要将多种金属元素进行合理搭配。
例如，通过调控元素的种类和含量，可以优化高熵合金的相组成和微观结构，从而提高其力学性能。
3、强化高熵合金制备流程的优化：在制备高熵合金的过程中，可以通过采用一些强化措施来降低成本和提高产量。
例如，采用快速凝固技术可以增加合金的凝固速度，从而减少晶界和缺陷的产生，提高合金的力学性能。
此外，通过采用先进的热处理技术，可以进一步优化合金的微观结构和力学性能。
4、目前高熵合金制备中存在的问题和挑战：尽管高熵合金的制备已经取得了显著的进展，但仍存在一些问题和挑战。
例如，微观结构不均匀、高温氧化和时效性等。
一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法[发明专利]
![一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2e9b36e077eeaeaad1f34693daef5ef7ba0d12cb.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010574932.2(22)申请日 2020.06.22(71)申请人 昆明理工大学地址 650093 云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人 刘洪喜 邸英南 郝轩弘 刘径舟 蔺健全 (74)专利代理机构 昆明合盛知识产权代理事务所(普通合伙) 53210代理人 龙燕(51)Int.Cl.C23C 24/10(2006.01)C22C 30/00(2006.01)(54)发明名称一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法(57)摘要本发明公开一种激光熔覆制备七元高熵合金涂层及其制备方法，属于合金表面涂层改性的技术领域；高熵合金粉末为Al、Co、Cr、Fe、Mo、V、Ti。
基体材料为Ti ‑6Al ‑l4V(TC4)钛合金，高熵合金粉末中各原料的原子分数为Al(10％～16％)、Co (11％～15％)、Cr(9％～16％)、Fe (6％～15％)、Mo(8％～17％)、V(8％～15％)、Ti(12％～16％)，所有组分总和为100％。
通过CO 2激光器发射出的高能激光束将配置好的合金粉末熔覆于基材表面形成高熵合金涂层，基材与熔覆层呈冶金结合，达到表面改性的目的，从而增加了钛合金的硬度、耐磨性以及抗腐蚀性，进而延长钛合金的使用寿命。
权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 111850543 A 2020.10.30C N 111850543A1.一种激光熔覆七元高熵合金涂层，其特征在于，所述合金涂层由以下原料制备得到，各原料及其原子分数为：Al为10％～16％、Co为11％～15％、Cr为9％～16％、Fe为6％～15％、Mo为8％～17％、V为8％～15％、Ti为12％～16％，所有组分的原子分数总和为100％。
2.根据权利要求1所述激光熔覆七元高熵合金涂层，其特征在于：所有金属粉末的纯度大于等于99.9％，粒径为200～350目。
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激光熔覆技术
原理：在基材表面选择合适的涂层材料，利用高功率密度的激光束使之与
基材表面极稀薄层同时熔化，并快速凝固后表面涂层，从而显著改善基材表
面特性的工艺方法。 特点： 可以在工件表面制备高性能涂层，进 行单层或多层熔覆，涂层厚度不受限 制 冷却速率高，熔覆层可以获得细晶组 织 熔覆效率比较高，单道熔覆层厚度可 以超过1mm 可以实现局部的精密熔覆和修复，减 少后续加工 熔覆层和基材形成冶金结合，结合牢 固。 激光熔覆热影响区小，不会破坏工件 的力学性能
钛合金表面激光熔覆高熵合金
2015-01-20
1
主要内容
高熵合金的简介
钛合金表面激光熔覆高熵合金涂层
2
高熵合金的定义
定义：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔比或近等摩尔比 混合形成的固溶体合金 高熵的指标
1. 混合熵大于1.5R
2. 每一种主元的含量需要大于5 at.% 3. 主元数目应大于5，最好不超过13
TiVCrAlSi熔覆层的耐磨性能（2/2）
磨损机理： 左边： Ti–6Al–4V 明显的塑性变形，显微切削，形成沟痕。 右边： TiVCrAlSi高熵合金熔覆层，疲劳磨损机理，表层微 观组织受磨粒反复作用的应力超过材料表面的疲劳极限， 出现片状剥落。
16
TiVCrAlSi熔覆层的抗氧化性
b
a 经过800 ℃退火处理后的TiVCrAlSi熔覆层
迟滞扩散效应
原理：高熵合金中晶格畸变严重，必然导致扩散过程难以进行
新相的形成和长大需要通过扩散 进行，因此在高熵合金中经常形 成纳米尺度的第二相颗粒。第二 相颗粒的形核容易，但是长大非 常困难，最终保持在纳米尺度。 : 迟滞扩散效应让高熵合金很容易 得到过饱和状态固溶体以及细小 的沉淀，提高再结晶温度，减小 晶粒长大速率以及第二相粗化速 率，提高蠕变抗性。
熔覆层和基体形成良好的冶金结 合。 界面很平直，由于界面温度梯度 较大，最先形成平面晶组织导致 的。
12
制备的激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂层
熔覆层分为了两相，较硬的硅化物 A和较软的BCC固溶体相B 因为Si元素的存在，并没有得到完 全的固溶体相，但是得到了软相和 硬相的复合组织，硬质相弥散分布 起到了弥散强化的作用
18
b 高温下的氧化增重
熔覆层表面生成了一层很薄的致密的氧化膜，氧化膜厚度约5nm，紧紧依附于熔 覆层表面，产生了很好的保护作用。 氧化膜由SiO2，Cr2O3，TiO2，Al2O3和少量的V2O5组成，多种氧化物相互配合， 起到了很好的保护作用。 并且熔覆层在氧化膜形成后，增重基本停止，而Ti–6Al–4V一直持续的增重， 说明钛合金高温下形成的氧化膜无法起到保护的作用。
熔覆层的硬度超过700HV，远 远高于基材 加热到800 ℃保温24h后退火， 发现熔覆层硬度有少量升高
13
800 ℃保温24h后的组织分析
从XRD结果可以看出，熔覆层的组织变化不 大 金相组织变化很小，只是在原来的BCC相中 析出了少量的金属间化合物，反而使硬度得 图：800 ℃保温24h后退火，出现Al8(V,Cr)5相， 到提高 A相和C相为 (Ti,V)5Si3 ，B相为 BCC 相，D相 为Al8(V,Cr)5和BCC相混合
14
TiVCrAlSi熔ຫໍສະໝຸດ 层的耐磨性能（1/2） 实验条件： 摩擦体使用4 mm 直径 GCr15 钢球，硬700HV0.2。 1KG加载，试验时间60分钟，使用 5, 10, 15 Hz等 不同的频率进行试验。
可以看到TiVCrAlSi高熵 合金熔覆层的磨损速率 远低于基体Ti–6Al– 4V
四个特性：
高熵效应 迟滞扩散效应 严重晶格畸变 鸡尾酒效应
高熵效应
高熵效应原理
ΔG= ΔH-T ΔS 当ΔH ＜-T ΔS时，说明元素之 间有结合在一起的趋势，即形 成化合物的趋势较大，不利于 形成固溶体相 当ΔH＞-T ΔS 时，说明元素更 趋于维持混乱的状态
ΔG 越负的状态越稳定
原子体积差别（%）
混 合 焓 ΔHmix
C区：形成金属间化合物。 可见Δ Hmix 过大或者过小，都会形成金属间化合物。 B区：块体金属玻璃区，B2 区是Mg、Cu基的块体金属玻璃，B1 区是其他类型的金 属玻璃。可见，其原子尺寸差别更大， Δ Hmix 更负。
高熵合金和其他材料 强度和密度对比
17
参考文献
[1]. Jien-Wei Yeh, Sew-Kai Chen. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements Novel alloy design concepts and outcomes .Advance Engineering Materials （2004） [3]. Can Huang a, Yongzhong Zhang. Dry sliding wear behavior of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloy coatings on Ti-6Al-4V substrate, Materials and Design, (2012) [4]. Can Huang, Yongzhong Zhang. Thermal stability and oxidation resistance of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloycoatings on Ti–6Al–4V alloy, Surface & Coatings Technology, (2011) [5]. Yong Zhang,* Yun Jun Zhou. Solid-Solution Phase Formation Rules forMulti-component Alloys. Advance Engineering Materials.(2008) [6]. S. Ranganathan. Alloyed pleasures: Multimetallic cocktails. RESEARCH NEWS. (2003) [7]. Jien-Wei Yeh. Alloy Design Strategies and Future Trends in High-Entropy Alloys. The Minerals, Metals & Materials Society.(2013) [8]. O.N. Senkov , G.B. Wilks. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25andV20Nb20Mo20Ta20W20. refractory high entropy alloys. Intermetallics(2011) [9]. Yong Zhang, Tingting Zuo. Microstructures and properties of high-entropy alloys. Progress in Materials Science (2014)
ΔH一般小于零，反映了原子之间 的相互作用能
ΔS大于零 ，反映了体系的混乱程
度.
在高熵合金中，通过增加元素的种类来提高ΔS，让高熵合金形成 固溶体相而不是金属间化合物相，从而将固溶体相变成一个热力学 稳定的状态。
晶格畸变效应
原理：存在严重的晶格畸变，固溶强化是最主要的强化形式
严重的晶格畸变使高熵合金具有很高的抗拉强度 晶格畸变不仅改变了合金的性能，而且减小了温度对性能的 影响。
铸态AlCrFeCoNiCu合金 真空吸铸的方式制备AlCrFeCoNiCu高熵合金 B) ,TEM亮场相 a:70nm宽的无序BCC相 b:100nm宽的有序BCC相 c:7-50nm的纳米沉淀 C),D) ,E)分别为 a,b,c的投射花样
鸡尾酒效应
原理：当多种元素混合的时候，其性质的增长，可以超过混合 定律增长的幅度。
比如，通过多种高熔 点金属混合，可以得 到更好的高温性能。 四主元合金 Nb Mo Ta W 和五主元合金 V Nb MoTa W，可以 获得更好的高温性能。 熔点高达 2600℃ 在 1600℃ 下屈服强度可 达400 Mpa。
:
高熵合金获取
S区：是单一固 溶体区，在这个 区中，原子尺寸 的差别相对较小， 同时ΔHmix 并不 是太负 。 S’区：主要是 固溶体相，但是 包含一部分的有 序固溶体。 Detla值较S区大 一点， Δ Hmix 值相对较负。
(两种元素以等摩尔混合)
当 n=2 时，ΔS= 0.693R， 当 n=5 时，ΔS= 1.61R 当n=6 时， ΔS= 1.79R 当n= 9 时， ΔS= 2.20R
Gibbs相率：P=C+1-F 随着元素种类增加，平衡相的数目也应该增加。在高熵合金中虽然含有5 种或5种以上的元素，但却依然能够形成简单的固溶体相，这就是高熵合 金最为独特的地方
高熵合金的特性
与传统合金区别：
传统合金一般基于一种或两种元素，而高熵合金中没有任何一种元素占主 导地位。 传统合金中合金元素固溶量是有限的。随着合金元素含量的增加，会出现 金属间化合物及复杂相，对合金性能不利。高熵合金中绝大部分的金属元 素都处于固溶状态，并且具有BCC、FCC这样简单的晶体结构
激光熔覆技术原理图
制备的激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂层
黄灿等人用激光熔覆法制备的激光熔覆 TiVCrAlSi高熵合金涂层
熔覆层的宏观形貌以及断面组织
基材： Ti–6Al–4V 粉末：使用纯度达99.5%的高纯 粉末 激光功率 2KW（CO2 激光器） 熔覆时加热到450 ℃ 防止开裂。