主要內容：

????????????????????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 過渡族高熵合金

定義：３ｄ過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，合金體系會從單相ＦＣＣ向ＦＣＣ＋ＢＣＣ雙相轉變，最終可獲得單相ＢＣＣ合金。

舉例：在ＡｌｘＣｏＣｒＣｕＦｅＮｉ合金體系中當ｘ＝０．５時，枝晶臂和枝晶間均為ＦＣＣ相，當提高Ａ１含量至ｘ＝１．０時，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雙相結構，進一步提高Ａ１含量至ｘ＝２．０，ＢＣＣ相的相對含量進一步提升。相組成比例的改變帶來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），進而帶來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－結構－性能－使役性能的調控思想。

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，另外也會根據(jù)性能需求加入Ｓｉ或 Al 等非難熔元素。

特點：一方面，難熔高熵合金的研究著眼于新型高溫結構材料的應用前景，其合金元素的熔點（ 2128 - 3695K ）、質量密度（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 ＨfＮbTiＺr 等原子比體系中，僅通過固溶強化獲得的單相ＢＣＣ合金即可具有? ~879ＭPa 的屈服強度和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，有助于合金力學性能的優(yōu)化。

Ⅱ、高熵合金的腐蝕行為

1、對于3d過渡族高熵合金而言，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，抑制腐蝕的進一步發(fā)生。這與傳統(tǒng)金屬如不銹鋼等非常相似，其本質是依靠可純化組元去保護不可鈍化的組元。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，其結果表明合金表面所形成的 Ａl2O3 和 Ｃr2O3 鈍化膜在腐蝕磨損的過程中起到重要的保護作用。

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中將處于各組元競爭形成氧化膜的情況，并沒有哪種組元會出現(xiàn)嚴重的活性溶解，因而其耐蝕性要更加優(yōu)異，特別是針對于生物醫(yī)用等對于腐蝕速率更為敏感的應用背景中。

Ｍotallebzadeh等研究了 ＴiＺrＴaＨfＮb 和Ｔi1.5 Ｚr Ｔ0.5 Ｈf0.5 Ｎb0.5高熵合金在PBS溶液中的電化學行為，其結果表明，由于表面鈍化膜的保護作用，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可延伸至1800mV Ag／ＡgCl，沒有發(fā)生點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。相近的結果見于Ｃｈｅｎ等對ＴｉＴａＨｆ中熵合金的研究中，該合金在SBF溶液中浸泡７天后，ＸＰＳ結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）利用電極電弧產生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時能量很集中，弧區(qū)溫度在3000℃以上。對于熔煉金屬，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，爐溫容易控制，設備占地面積小，適于優(yōu)質合金鋼的熔煉。

缺點：

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

? ? 2、傳統(tǒng)熔煉方式制備HEA時容易產生孔洞、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，此外還很容易實現(xiàn)微熔覆，對基體的熱影響很小。該技術類似于等離子噴涂，不同的是它使用一個集中的激光束作為熱源。這種技術通常會產生冶金結合，具有優(yōu)于等離子噴涂的粘結強度。

優(yōu)點：突出優(yōu)點是激光束可以聚焦并集中在一個很小的區(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，廣泛應用于各種金屬、半導體、絕緣體等單層或復合薄膜材料的制備，具有設備簡單、易控制、涂層面積大、附著力強等優(yōu)點。

缺點：采用磁控濺射制備HEA 涂層時，雖然涂層結構連續(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：電沉積技術具有耗能低、操作簡單、選擇性好、環(huán)境污染小等優(yōu)點，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，且與基體材料結合良好。在電沉積過程中，電解液成分及其濃度，以及溫度、pH、電流密度、時間等參數(shù)均可精確控制。

缺點：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 中元素的電負性差異大，造成HEA 中的成分較難控制，同時由于受電鍍液傳質的影響，鍍層容易產生裂紋，從而影響涂層的耐蝕性。

參考文獻：

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[1]龍瓊,胡素麗,黎應芬,李娟,龍紹檑.高熵合金耐蝕性研究的現(xiàn)狀及最新進展[J].電鍍與涂飾,2020,39(04):231-240.