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(高温合金材料)-新型高温高熵合金材料研究进展
合金,高温,晶格(高温合金材料)-新型高温高熵合金材料研究进展
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
添加的主体元素一般取W、Ta、Mo、Nb、Hf、Zr、Ti、V、Cr中的3~5种，组合方式多样。
研究较多的成分体系主要有NbMoTaW系、HfZrTi系和ZrNbMo系等。
高温高熵合金的显微组织一般为树枝晶组织，但也有少部分合金的显微组织为等轴晶组织。
高温高熵合金的相结构大多是简单的BCC结构固溶体，也有少部分成分在BCC基体上析出其他相，形成多相组织。
2）高温高熵合金的力学性能
高温高熵合金的室温力学性能特点是脆性大、塑性低，强度一般为1000~2500 MPa。
通过添加FCC结构元素（Al）或HCP结构元素（Ti、Zr、Hf）等，可以明显改善高温高熵合金的室温塑性。
高温高熵合金的突出力学性能特点是高温、高强度、高韧性。
高温下的强化机理与室温下不同，主要是由BCC相基体的固溶强化作用导致。
高熵合金中的固溶强化作用与原子大小、模量以及元素间相互作用均有关系，由局部应力场与溶质原子之间的弹性相互作用共同产生。
3）高温高熵合金的抗氧化性能
高温高熵合金一般服役于高温有氧环境，需要具有较强的抗氧化能力。
由于高温高熵合金的主要组成元素是难熔金属，抗氧化性差的难熔金属限制了高温高熵合金的抗氧化能力。
抗氧化性差是高温高熵合金的共性。
研究表明，V元素的添加会降低高温高熵合金的抗氧化性，而Al、Ti、Si元素的添加有利于提高高温高熵合金的抗氧化性。
合金化元素的加入使得合金在氧化时生成保护性的氧化膜，阻碍了氧的进一步扩散，起到了抗氧化保护的作用。
高温高熵合金研究难点
超高温高熵合金开发
Miracle等统计了408种高熵合金，并按照元素族群分为了7个合金系列，分别为3d过渡族金属高熵合金、难熔金属高熵合金、4f镧系稀土高熵合金、贵金属高熵合金、轻质高熵合金、铜族高熵合金以及间隙化合物（含B、C、N元素）高熵合金。
高熵合金应用温度区间
轻质高熵合金以及高熵非晶合金的最高使用温度一般不超过400℃，3d过渡族金属高熵合金的最高使用温度为500~1100℃，高温高熵合金的最高使用温度为1100~1700℃。
对于在低温区仍具有高强度的高熵合金，归为超低温高熵合金，极限使用温度可达-269.15℃。
贵金属高熵合金以及稀土基高熵合金的高温性能，有待进一步探索。
到目前为止，尚无关于超高温高熵合金的数据报道，1800℃以上可以安全服役的超高温高熵合金亟待开发。
计算模拟
随着计算机科学的发展，利用计算机软件预测合金性能成为可能，而大数据的开发，云计算的发展，推动了材料研发中的材料基因组计划的实施。
利用计算机模拟技术，可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下模拟材料在服役条件下的性能演变规律和失效机理，小到原子电子尺度，大到零件、结构、设备，从超低温到超高温，从高真空到超高压，都可以通过模拟来实现。
要做到精确模拟材料性能，不仅需要合理的模拟软件的开发、基础数据库系统的建立，还需要合适的建模方法。
目前模拟软件种类繁多，如CALPHAD软件、基于VASP的第一性原理计算软件、EMTO软件等，它们各有所长；基础数据库为各家独享，未建立统一的、经过审核的数据库；计算方法也各有千秋，如蒙特卡洛方法、分子动力学方法、第一性原理方法等。
目前各研究团队都还停留在摸索阶段，并不能真正做到准确预测合金性能，更好更准确的模拟软件以及建模方法，有待更多的学者加入研究。
高熵合金十大研究难点
由于高熵合金的大门被打开仅仅17年时间，传统合金理论并不能完全解释清楚高熵合金中的各种现象。
经过对高熵合金的不断研究与深入思考，本课题组总结出高熵合金的十大研究难点。
可以归纳为：
高熵合金的概念与分类
高熵合金热力学相分解计算
高熵合金非弹性变形力学性能模拟
原子尺度微观结构对宏观性能的影响机制
小原子半径非金属元素在高熵合金中的作用
高熵合金的强韧一体化特点解析
超低温环境下高熵合金的韧脆转变规律
超高温复杂环境下高熵合金的性能退化机制
极端环境下高熵合金的原位表征
面向工程应用的构件形性调控及抗氧化防护层研究
本文作者：梁秀兵，万义兴，莫金勇，张志彬，胡振峰，陈永雄
作者简介：梁秀兵，军事科学院国防科技创新研究院，研究员，研究方向为极端环境材料研究；万义兴，军事科学院国防科技创新研究院、中国矿业大学材料与物理学院，博士研究生，研究方向为高温高熵合金。
本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。
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