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高熵合金及其发展

已有 10360 次阅读 2015-1-27 19:07 |系统分类:科研笔记

    高熵合金是一种新型的合金设计理念,打破了传统的合金设计理念。     传统合金设计理念中,考虑最多的是结合焓H的影响,当H比较低的时候,如钛合金,合金的自由能低,倾向于保持固溶体结构;当H比较高的时候,如钛铝合金,合金自由能大,合金倾向于相变形成金属间化合物保持稳定。自由能的公式是:G=H-TS,由此可以看出,影响合金的自由能的,不仅有H,还有T与S。高熵合金就是一种耦合考虑H, S, T共同影响的合金设计理念,一种新型的平衡。     在保证一定的H的条件下,足够大的S,在一定的温度下,依然能够保证合金的自由能很低,保持固溶体结构。当温度降到TS的影响不足以满足H,合金倾向于相变,但此时的T已经很低,扩散不足,几乎维持了固溶体结构或形成纳米析出相。这种新型的合金设计理念,协同考虑了H,T,S,不仅有利于设计新型的合金,而且有利于改进已有的合金

    在这种新型合金的设计中,可以看到,S直接的有效影响就是元素的数量和比例,数量越大,含量越平均,S越大。 T,是有H影响的,当H越低,能够保持低的自由能的T越低,合金相变时的扩散速率越低,越有利于维持固溶体结构或者纳米相结构。当然,在维持在相对高的H下,借助元素间的结合力,同时增大扩散的阻力,这合金设计上也是研究的一大热点。

    高熵合金在性能上,也是非常独特的。元素间不同的尺寸和结合力,导致了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应,保证了合金强硬;凝固过程中保留的大量缺陷和能量,使得铸态的合金即保留了很大的残余能量,有利于孪晶等的发生,变现出一系列优异的和特殊的力学行为;多种主元,保证了合金的钝化层复杂,耐腐蚀性能优越,等等,现在的研究表明,高熵合金在机械性能、耐腐蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异,目前越来越多的国内外学者广泛关注!






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