责编夏雨
校对晓丹图片来源：非晶中国大数据库经过十几年的发展，高熵合金的概念被不断完善和拓展，基于最早提出的高熵合金，随之开发了新型的高熵陶瓷、高熵丝材、高熵薄膜、高熵带材、高熵复合材料、高熵粉末等全新高熵材料概念。高熵合金组元众多，各个组元的理化性能也各具差异，这也对高熵材料的制备方式及变形加工提出了新的挑战和要求。
北京科技大学新金属材料国家重点实验室张勇等从高熵材料的维度出发，对高熵材料的制备成形方式及特点进行了总结及分析，主要包括三维块体合金、二维高熵薄膜/薄带、一维丝材以及高熵粉末。此外，对高熵合金的变形加工及热处理工艺也进行了讨论分析，有效的变形加工与热处理工艺的选择对合金的组织结构、性能、成形及应用具有非常直接的影响。文中主要介绍了近几年来高熵合金的主要制备技术及变形加工工艺，并对高熵合金的发展方向提出了展望。相关论文于年1月在《精密成形工程》第14卷第1期中发表。
研究人员讨论与分析了各种形态高熵材料的制备成形加工工艺，主要总结了电弧熔炼法、感应熔炼法、增材制造法、粉末冶金法、磁控溅射、激光熔覆等制备技术。电弧熔炼技术是制备高熵合金块体最主要的方法。在真空条件下，利用两电极之间产生的电弧热，将组成合金的金属元素快速加热到高温进行熔炼，得到圆形纽扣锭。将配好的合金原材放入坩埚中，对炉内抽高真空，随后对腔体冲入高纯氩气保护气氛，完成合金的熔化、熔合。感应熔炼技术是利用物料的电磁感应和电热转换所产生的热量为热源来熔炼金属的冶金过程（图1）。增材制造是利用高能能量源将材料逐点熔化，逐层堆积，实现合金块体的直接成形。当前，增材制造主要应用于难熔高熵合金的制备，其主要包括选区电子束熔炼技术、选区激光熔化技术、激光熔覆技术；其中，激光熔化技术因其高效的成形效率、优良的成形精度、稳定性的性能，越来越被广泛应用于金属块体的增材制造。根据轮廓数据利用高能量激光束逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件（图2）。磁控溅射技术制备高熵合金薄膜具有膜层质量高、表面光滑、工艺稳定等技术优势，是目前高熵薄膜制备的主要技术。磁控溅射法的原理是在电场的作用下，Ar原子电离产生Ar+和电子，并以高能量轰击阴极靶材，使靶材表面的金属以原子态或离子态的形式溅射出，最终沉积在基板上。盛等通过磁控溅射法制备了NbTiAlSiWxNy系高熵合金薄膜，并研究了其高温性能及其光热转换性能，结果表明该高熵合金薄膜具有良好的高温稳定性，在℃退火1h仍然保持了非晶态结构。张等通过反应磁控溅射，以氮氩比为变量，制备了一系列(Al0.5CrFeNiTi0.25)Nx系高熵氮化物薄膜，结果表明随着氮气流率的增加，薄膜的相结构逐渐由非晶态向晶态转变，并对高熵薄膜的相形成规律进行了讨论（图3、图4）。经过十几年的发展，高熵合金的定义及材料体系被不断完善，从最初的合金块体发展到了薄膜、涂层、薄带、薄板、丝材及粉末等各个维度、尺度的高熵材料（图5）。虽然高熵材料取得了许多突破性进展，但由于合金成分固有的复杂性，为合金的成分设计、样品制备以及性能机理分析提出了更高的难度。未来，高熵合金的发展除了聚焦于“性能驱动”，也需要从“工艺驱动”的角度，去开发新型的适用于变形、铸造、制粉、粉冶等特殊工艺的高熵材料，这将对高熵合金更进一步的发展及应用领域的拓展研究具有重要的意义。
添加
联系电话：