主要內(nèi)容：

????????????????????1、高熵合金元素使用概述

????????????????????2、高熵合金的腐蝕行為

????????????????????3、幾種制備高熵合金的方法

正文：

Ⅰ、高熵合金使用概述

????????基于組成元素，研究者將目前己有的高熵合金分成七大類，包括３ｄ過(guò)渡族高熵合金、難熔金屬高熵合金、輕金屬高熵合金、鑭系高熵合金、青銅和黃銅高熵合金、貴金屬高熵合金、間隙化合物高熵合金，其中前兩類高熵合金的研究較為廣泛。

1、3d 過(guò)渡族高熵合金

定義：３ｄ過(guò)渡族高熵合金在高熵合金家族中占據(jù)了半壁江山，主要組成元素為Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ和Ｖ，絕大多數(shù)ＦＣＣ單相固溶體高熵合金屬于３ｄ過(guò)渡族高熵合金體系，但隨著ＢＣＣ穩(wěn)定元素的加入，合金體系會(huì)從單相ＦＣＣ向ＦＣＣ＋ＢＣＣ雙相轉(zhuǎn)變，最終可獲得單相ＢＣＣ合金。

舉例：在ＡｌｘＣｏＣｒＣｕＦｅＮｉ合金體系中當(dāng)ｘ＝０．５時(shí)，枝晶臂和枝晶間均為ＦＣＣ相，當(dāng)提高Ａ１含量至ｘ＝１．０時(shí)，在等原子比合金的枝晶臂中出現(xiàn)ＢＣＣ相，而枝晶間則為ＦＣＣ＋ＢＣＣ雙相結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高Ａ１含量至ｘ＝２．０，ＢＣＣ相的相對(duì)含量進(jìn)一步提升。相組成比例的改變帶來(lái)的是合金硬度等本征性能的改變（維氏硬度自約２００Ｈｖ上升至約５６０Ｈｖ），進(jìn)而帶來(lái)耐磨性等使役性能的提升，這很好地體現(xiàn)出材料研究中成分－結(jié)構(gòu)－性能－使役性能的調(diào)控思想。

2、難熔高熵合金

定義：難熔高熵合金的主要組成元素為Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ和Ｃｒ，另外也會(huì)根據(jù)性能需求加入Ｓｉ或 Al 等非難熔元素。

特點(diǎn)：一方面，難熔高熵合金的研究著眼于新型高溫結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用前景，其合金元素的熔點(diǎn)（ 2128 - 3695K ）、質(zhì)量密度（4.5－19.4 ｇ/ｃｍ３）和楊氏模量（68－411ＧＰａ）均為研究者提供了廣闊的選擇空間。另一方面，Ｗｕ等發(fā)現(xiàn)在 Ｈf(wàn)ＮbTiＺr 等原子比體系中，僅通過(guò)固溶強(qiáng)化獲得的單相ＢＣＣ合金即可具有? ~879ＭPa 的屈服強(qiáng)度和１4.9％的延伸率，因而相較于Ｎｂ基合金而言具有更好的耐磨性和更低的摩擦系數(shù)，這表明難熔高熵合金體系具有工程應(yīng)用的可能性。而Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ的組合更傾向于形成單相固溶體，有助于合金力學(xué)性能的優(yōu)化。

Ⅱ、高熵合金的腐蝕行為

1、對(duì)于3d過(guò)渡族高熵合金而言，其耐蝕性主要源于Cr、Al及Ti元素的添加，在表面形成鈍化膜，抑制腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。這與傳統(tǒng)金屬如不銹鋼等非常相似，其本質(zhì)是依靠可純化組元去保護(hù)不可鈍化的組元。如Ｃｈｅｎ等研究了Ａｌ0.6ＣｏＣｒＦｅＮｉ高熵合金在模擬海水及酸雨中的腐蝕與磨損行為，其結(jié)果表明合金表面所形成的 Ａl2O3 和 Ｃr2O3 鈍化膜在腐蝕磨損的過(guò)程中起到重要的保護(hù)作用。

2、而多數(shù)難熔高熵合金的組成元素本身在工作介質(zhì)中就可以形成穩(wěn)定純化膜，如Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ等，所以難熔高熵合金在工作介質(zhì)中將處于各組元競(jìng)爭(zhēng)形成氧化膜的情況，并沒(méi)有哪種組元會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的活性溶解，因而其耐蝕性要更加優(yōu)異，特別是針對(duì)于生物醫(yī)用等對(duì)于腐蝕速率更為敏感的應(yīng)用背景中。

Ｍotallebzadeh等研究了 ＴiＺrＴaＨf(wàn)Ｎb 和Ｔi1.5 Ｚr Ｔ0.5 Ｈf(wàn)0.5 Ｎb0.5高熵合金在PBS溶液中的電化學(xué)行為，其結(jié)果表明，由于表面鈍化膜的保護(hù)作用，這兩種高熵合金表現(xiàn)出高于316Ｌ不銹鋼、ＣｏＣｒＭｏ和Ｔi6 Ａl4Ｖ的極化電阻，且在線性掃描中其純化平臺(tái)可延伸至1800mV Ag／ＡgCl，沒(méi)有發(fā)生點(diǎn)蝕且腐蝕電流密度低于Ｔｉ合金等傳統(tǒng)醫(yī)用金屬。其表面鈍化膜的主要成分為Ｔｉ０２，Ｚｒ０２，ＨｆO２，Ｎｂ２０５和Ｔａ２０５。相近的結(jié)果見(jiàn)于Ｃｈｅｎ等對(duì)ＴｉＴａＨｆ中熵合金的研究中，該合金在SBF溶液中浸泡７天后，ＸＰＳ結(jié)果表明其表面鈍化膜主要成分為Ｔｉ０２，Ｚｒ０２和Ｔａ２０５，這種等原子比合金表面所形成的混合氧化物膜的腐蝕抗性要優(yōu)于組元種類相近的傳統(tǒng)合金，如ＴｉｌＯＴａ６Ｎｂ合金。

Ⅲ、幾種制備高熵合金的方法

1、電弧冶煉法

電弧爐：電弧爐（electric arc furnace）利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時(shí)能量很集中，弧區(qū)溫度在3000℃以上。對(duì)于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設(shè)備占地面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。

缺點(diǎn)：

? ? 1、電弧熔煉可能并不適用于熔點(diǎn)較低的元素(如Mg、Zn 和Mn)，因?yàn)檫@些元素容易蒸發(fā)，不易控制其成分，它們可以考慮電阻加熱或感應(yīng)加熱。

? ? 2、傳統(tǒng)熔煉方式制備HEA時(shí)容易產(chǎn)生孔洞、組織疏松、晶粒粗大、成分偏析等缺陷，這些都顯著降低了HEA的耐蝕性。

2、激光熔覆法

定義：激光熔覆工藝具有加熱、冷卻快，熔覆層均勻致密、顯微缺陷少等優(yōu)點(diǎn)，此外還很容易實(shí)現(xiàn)微熔覆，對(duì)基體的熱影響很小。該技術(shù)類似于等離子噴涂，不同的是它使用一個(gè)集中的激光束作為熱源。這種技術(shù)通常會(huì)產(chǎn)生冶金結(jié)合，具有優(yōu)于等離子噴涂的粘結(jié)強(qiáng)度。

優(yōu)點(diǎn)：突出優(yōu)點(diǎn)是激光束可以聚焦并集中在一個(gè)很小的區(qū)域，這使得基板的熱影響區(qū)非常淺，從而最大限度地減小了基板材料破裂、變形或變化的可能性。

3、磁控濺射法

定義：磁控濺射是一種物理氣相沉積(PVD)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等單層或復(fù)合薄膜材料的制備，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易控制、涂層面積大、附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：采用磁控濺射制備HEA 涂層時(shí)，雖然涂層結(jié)構(gòu)連續(xù)性及致密性較好，沉積快而基體升溫慢，容易控制涂層的性能及厚度，但是靶材利用率較低，涂層厚度也受到限制，因此目前采用磁控濺射制備耐蝕性HEA 涂層也有一定的局限。

4、電沉積法

優(yōu)點(diǎn)：電沉積技術(shù)具有耗能低、操作簡(jiǎn)單、選擇性好、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，可在金屬部件表面鍍覆一層防腐蝕性鍍層。鍍層的基本要求是厚度均勻、致密，且與基體材料結(jié)合良好。在電沉積過(guò)程中，電解液成分及其濃度，以及溫度、pH、電流密度、時(shí)間等參數(shù)均可精確控制。

缺點(diǎn)：目前采用電沉積工藝制備高熵合金涂層的研究比較少，這主要是由于HEA 中元素的電負(fù)性差異大，造成HEA 中的成分較難控制，同時(shí)由于受電鍍液傳質(zhì)的影響，鍍層容易產(chǎn)生裂紋，從而影響涂層的耐蝕性。

參考文獻(xiàn)：

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