北科大张勇教授课题组 ǀ Sci China Mater综述: 高熵合金材料研究进展

【引言】

       根据人类开发材料的能力来看,合金成分经历了从简单到复杂的发展过程。传统理论认为:合金元素种类越少越好。因为合金的组元越多,就越容易形成金属间化合物,而使合金的组织变得复杂,从而严重影响合金的使用性能。然而高熵合金的出现,彻底推翻了这一传统理论,因为高熵合金随着组元数的增加,组织非但没有变得复杂,反而变成更加简单的体心立方或面心立方结构,有时形成包括金属间化合物的多相,但高熵合金的相数却比由相律所求出的相数要少得多,合金的组织均匀,从而使合金的性能更加优异。从目前的研究状况来看,为了获得较高的熵值,高熵合金的主要组元数一般包含4种以上,各组元的原子分数一般不超过35%,这种合金是由多种元素共同表现特性,不以任何一种元素的特性为主,摆脱了传统合金以一种金属元素为主的观念。与传统合金相比,高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐辐照等等。这些优异的性能也说明高熵合金未来具有非常好的应用前景,从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中继大块非晶之后一个新的研究热点。


【成果简介】

       近日,北京科技大学新金属材料国家重点实验室的张勇教授课题组在Science China Materials发表题为Science and technology in high-entropy alloys的综述文章,第一作者是博士生张蔚冉。该文章综述了近年来高熵合金的发展,总结了高熵合金在制备方法、性能研究、计算模拟等方面取得的研究成果。高熵合金的发展已经经历了两个阶段,第一个阶段为等摩尔-单相固溶体结构的高熵合金,第二阶段为非等摩尔比的多相固溶体高熵合金。本文主要讨论了高熵合金的制备方法、组分设计、相形成和微观结构、优异的性能和高熵合金在计算模拟方面的应用,同时提出了高熵合金的未来发展趋势和前景。


【图文导读】

图1  合金化复杂程度随时间的变化



2  依据熵对合金的划分



3  高熵合金的制备路径及方法



4  多靶共溅射高通量方法对高熵合金成分的筛选



5  高熵合金优异的力学性能



6  计算材料中的时间尺度-空间尺度



7  合金的发展历程



1  传统合金和两代高熵合金的不同



【小结】

       该综述结合近几年高熵合金研究的最新成果,从基本概念的发展、实验到计算模拟等方面较为全面地概述了该领域的最新研究进展。具体内容包括高熵合金定义的发展、制备方法、相组成、微观结构、性能特征、高熵合金与“材料基因组”,以及对高熵合金的发展前景进行了展望。同时,本综述提出高熵合金的发展经历了第一代、第二代的过程,认为非等摩尔比-多相高熵合金以其优异的性能和低成本优势,将成为未来的主要发展方向。高熵合金对于材料的研究和发展是一个难得的机遇,所以要灵活运用高熵合金的设计理念进行新材料的设计和研发。我们应该将高熵合金作为一种打开材料设计和开发的思维方式,将这种思想扩展到为国民经济发展中的特定需要设计出符合要求的材料。



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