高熵合金概述PPT课件
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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
.
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）。
2019/10/21
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7wenku.baidu.com
鸡尾酒效应
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。
2019/10/21
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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。
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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。
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，
FCC原始元素晶格
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FCC 5元素HE合金
.
BCC 5元素HE合金
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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。
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。
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。
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
纳米晶体分散体将在铸态HE合金中提供有效的析出强化。
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10
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。
△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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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。
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
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16
比2-1 / 4Cr-1Mo耐火钢更优异。 • 金属元素的成本较低。
②.它可以冷轧成箔。 • A70lCμrmFe箔M片nN而i合没金有在任冷何轧裂时纹比和3硬04化不。锈钢好， 它可以连续冷轧成 • 这延种 伸H，E然合而金不具锈有钢非仅常具好有的1可54加3％工。性，可以达到至少4257％的冷轧
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。
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8
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
FCC
2.相数远远低于最大值
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 ：在该点的相态数目 .
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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
——王春吉 172060035
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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）。
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鸡尾酒效应
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。
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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。
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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。
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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。
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：
2019/10/21
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高熵合金的耐磨性：
2019/10/21
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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，
FCC原始元素晶格
2019/10/21
FCC 5元素HE合金
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BCC 5元素HE合金
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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。
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。
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。
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
纳米晶体分散体将在铸态HE合金中提供有效的析出强化。
2019/10/21
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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。
△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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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。
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
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比2-1 / 4Cr-1Mo耐火钢更优异。 • 金属元素的成本较低。
②.它可以冷轧成箔。 • A70lCμrmFe箔M片nN而i合没金有在任冷何轧裂时纹比和3硬04化不。锈钢好， 它可以连续冷轧成 • 这延种 伸H，E然合而金不具锈有钢非仅常具好有的1可54加3％工。性，可以达到至少4257％的冷轧
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。
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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
FCC
2.相数远远低于最大值
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 ：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