高熵合金的應(yīng)用

1.高溫性能的應(yīng)用

無(wú)論何種類型,熱機(jī)的效率隨著溫度的升高而增加.如核能、燃煤和燃油等發(fā)電行業(yè)中，工作溫度的升高可以降低燃料消耗、污染和運(yùn)行成本.在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)中，工作溫度的增加可使性能改進(jìn)，例如更重的有效載荷、更大的速度和更大的范圍的組合等.目前發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件材料的開(kāi)發(fā)還是集中在Ni基高溫合金材料上，但由于其初始熔點(diǎn)大約在1300℃,鎳基高溫合金適用于溫度僅在1160~1277℃之間.因此，開(kāi)發(fā)具有更高溫性能的發(fā)動(dòng)機(jī)部件材料變得至關(guān)重要.試驗(yàn)表明這兩種耐火HEAs在1600℃時(shí)的屈服強(qiáng)度超過(guò)400MPa,這遠(yuǎn)Inconel 718 Ni 基高溫合金在1000℃的屈服強(qiáng)度(低于200MPa).熱機(jī)的開(kāi)發(fā)需要進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)部件材料的高溫性能.與Ni基高溫合金相比，HEAs在高溫下具有更高的穩(wěn)定性、更低的成本和密度、正的晶格失配，這表明這些合金由于具有吸引人的高溫機(jī)械性能，有可能取代Ni基高溫合金作為下一代高溫材料.

2.斷裂韌性的應(yīng)用

材料的斷裂往往關(guān)乎著安全的問(wèn)題,一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)失效應(yīng)變可以分為脆性和韌性斷裂.脆性斷裂沒(méi)有塑性變形的跡象，通常以災(zāi)難性方式發(fā)生，開(kāi)發(fā)具有性能的新型金屬材料具有重要意義.據(jù)報(bào)道，當(dāng)溫度從298K下降到77K時(shí)，CrMnFeCoNi高熵合金的斷裂韌性幾乎保持恒定，而CrCoNi高熵合金的斷裂韌性略微增加.在這些HEAs中，沒(méi)有出現(xiàn)像鋼、非晶合金、鎂合金、多孔金屬和納米金屬等許多傳統(tǒng)合金那樣尖銳的韌脆轉(zhuǎn)變，這表明這些合金可能是極端寒冷條件下應(yīng)用的優(yōu)良候選材料，例如，用于船體、飛機(jī)和低溫儲(chǔ)存罐的材料等.

3.耐腐蝕性的應(yīng)用

我國(guó)每年因腐蝕而引起的材料浪費(fèi)極其嚴(yán)重,研究和開(kāi)發(fā)具有耐腐蝕性較好的材料對(duì)資源的節(jié)省具有重要意義.Zhang等通過(guò)激光表面合金化方法，在304不銹鋼上制備了具有良好冶金結(jié)合性能的FeCoCrAlNi涂層，試驗(yàn)結(jié)果表明FeCoCrAlNi涂層的顯微硬度是304不銹鋼的3倍，在3.5%的NaCl溶液中，其抗空蝕性能是304不銹鋼的7.6倍左右，電流密度比304不銹鋼降低了一個(gè)數(shù)量級(jí).Ye等采用激光表面合金化的方法制備了CrMnFeCoNi涂層，并在3.5%的NaCl和0.5mol/L H2SO4溶液中進(jìn)行了電位動(dòng)態(tài)極化試驗(yàn)，結(jié)果表明HEAs涂層的耐蝕性能均優(yōu)于A36鋼基體，腐蝕電流甚至低于304不銹鋼.高熵合金作為一種新開(kāi)發(fā)的多主元合金，了基于單一多數(shù)主體元素的傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)限制，具有提高耐腐蝕性的潛力.這表明這些具有的內(nèi)在耐腐蝕性的新型合金，在惡劣環(huán)境的應(yīng)用中具有的經(jīng)濟(jì)和安全益處.

高熵合金的四個(gè)核心效應(yīng)

1.高熵效應(yīng)

高熵效應(yīng)是HEA的標(biāo)志性概念.比較理想的形成熵與屬的焓(選定IM化合物的形成焓)可以得知，在具有5個(gè)或更多元素的近等摩爾合金中，其更有利于形成SS相而不是IM化合物.這時(shí)不考慮特殊組合，僅熵和焓的高低來(lái)分析常規(guī)的SS相和IM相.熵值也只考慮生成熵.雖然振動(dòng)、電子和磁性也影響其熵值，但是主要的因素仍然是合金的結(jié)構(gòu).

2.晶格畸變

嚴(yán)重的晶格畸變是因?yàn)楦哽叵嘀械牟煌映叽鐚?dǎo)致的.每個(gè)晶格位置的位移，取決于占據(jù)該位置的原子和局部環(huán)境中的原子類型.這些畸變比傳統(tǒng)合金嚴(yán)重的多.這些變?cè)游恢玫牟淮_定性導(dǎo)致合金的形成焓較高.雖然在物理上，這可以降低X射線衍射峰的強(qiáng)度，增加硬度，降低電導(dǎo)率，降低合金的溫度依賴性.但是，仍然缺少系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)定量描述這些性能的變化值是多少.例如，組成原子之間的剪切模量不匹配，也可能有助于硬化；局部鍵的變化也可能改變電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和相關(guān)的電子結(jié)構(gòu).

3.緩慢的擴(kuò)散特點(diǎn)

在HAs中，擴(kuò)散是緩慢的.這可以在納米晶和非晶合金的形成和其顯微結(jié)構(gòu)中觀察到.

4."雞尾酒"效應(yīng)

"雞尾酒"效應(yīng)是S.Ranganathan教授使用的短語(yǔ).初的意圖是"一種愉快，愉快的混合物".后來(lái)，它意味著一種協(xié)同混合物，終結(jié)果是不可預(yù)測(cè)，且大于各部分的總和.這個(gè)短語(yǔ)描述了三種不同的合金類別；大塊金屬玻璃、超彈性和超塑性金屬以及HEAs.這些合金都是多主元素合金."雞尾酒"效應(yīng)表征了無(wú)定形大塊金屬玻璃的結(jié)構(gòu)和功能特性

高熵合金的綜合性能使得其適用范圍寬廣.高熵合金軟磁性能，且在力學(xué)性能、加工性能上優(yōu)于現(xiàn)有常規(guī)軟磁材料；高熵合金高溫穩(wěn)定性、高溫抗氧化性，可以應(yīng)用在極端環(huán)境中；高熵合金具有高硬度、高強(qiáng)度特點(diǎn)，可用作硬質(zhì)刀具涂層；除此之外，高熵合金還可以用作光熱轉(zhuǎn)換材料、輕質(zhì)合金材料、模具材料等.高熵合金可廣泛應(yīng)用在電機(jī)、變壓器、機(jī)床工具、消費(fèi)電子、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、噴氣飛機(jī)引擎、核聚變等眾多領(lǐng)域.

常做高熵合金組分：
CoCrFeNi CoCrFeNiAl CoCrFeNiCu CoCrFeNiMo FeNiCrCuAl
CoCrFeNiMn CoCrNiAl FeMnCoCr TiVAlCrZr TiNbMoTaW
CuAlTiWV Al_xCrFeNiTi TiZrHfVNb
對(duì)于各種含Mn、Mg等易揮發(fā)元素、Nb、Ta等高熔點(diǎn)元素的較高難度高熵合金我們均可配合實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)。

產(chǎn)品規(guī)格大小可根據(jù)產(chǎn)品工藝要求調(diào)整，高真空電弧熔煉爐可熔煉30-200g高熵合金錠材，溫度可達(dá)3000℃，可熔煉各種難容金屬，懸浮熔煉爐可為您提供5kg-50kg高熵合金錠材，爐子溫度較高3200度，十年經(jīng)驗(yàn)熔煉師傅，精通多種工藝，質(zhì)量穩(wěn)定，成分均勻。產(chǎn)品規(guī)格大小可根據(jù)產(chǎn)品工藝要求調(diào)整，高真空電弧熔煉爐可熔煉30-200g高熵合金錠材，溫度可達(dá)3000℃，可熔煉各種難容金屬，懸浮熔煉爐可為您提供5kg-50kg高熵合金錠材，爐子溫度較高3200度，十年經(jīng)驗(yàn)熔煉師傅，精通多種工藝，質(zhì)量穩(wěn)定，成分均勻。

高熵合金通常含有較高原子比例的鉻、鋁等元素，與傳統(tǒng)的高溫合金相比，從理論上具有更的抗氧化性。Tsao等研究了基于Al-Ti-Cr-Fe-Co-Ni體系的高溫高熵合金的900~1100℃/5~200h高溫氧化和腐蝕性能，并與CM247LC鎳基高溫合金進(jìn)行了比較。該研究觀察到高熵合金由于不同的溶質(zhì)形成了復(fù)雜的氧化物，并認(rèn)為含量較高的鉻和鋁促進(jìn)了保護(hù)性鉻和氧化鋁層的形成，表現(xiàn)出的熱腐蝕和抗氧化性。