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精密成形工程:高熵合金的制备成形加工工艺

2022-07-04
摘要:高熵合金是一种新型复杂的多主元合金,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。

  【作 者】闫薛卉;张勇

  高熵合金是一种新型复杂的多主元合金,又称为多基元合金、多组元合金。作为一类“熵主导”合金,高熵合金相较于传统合金具有较高的混合熵,这一概念的提出打破了传统合金单一主导元素的设计思路,在相图的中心区域开发了新的高无序的合金成分空间[1-3]。与传统合金不同,高熵合金的设计不再基于单一的主要成分,而是具有多种主要元素,并倾向于形成无序且高浓度固溶的简单结构,如以 CoCrFeMnNi为代表的面心立方高熵合金[4-6],NbMoTaW 和 ZrNbTiAl为代表的体心立方高熵合金[7-9],GdHoLaTbY 为代表的密排六方高熵合金[10]。近年来,高熵合金得到了广泛关注,并表现出众多的突破传统材料性能极限的出色性能,如突破强度-塑性的此消彼长、优异的低温塑性、良好的高温稳定性、良好的耐腐蚀及抗辐照性能,在国防建设、工业生产、生物医用及功能材料领域展现出了非常大的发展潜力[11-12]。

  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[13]、高熵丝材[14]、高熵薄膜[15-17]、高熵带材[11]、高熵复合材料[18]、高熵粉末[19]等全新高熵材料概念。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。

  【总 结 】

  高熵合金作为一种新兴的复杂多主元合金,其成分的开发主要聚焦于相图中心的一个全新区域;其独特的设计理念及优异的理化性能,促生了许多具有优异性能的新型高熵材料,在结构材料、功能材料及生物医用领域展现出了非常大的发展潜力。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。如图 8 所示,将高熵材料的主要制备方式从各个维度及尺度进行了汇总。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。

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标签: 成形