1、前言

 

多主元素合金（MPEAs）和高熵合金（HEAs）的首次成果出现在同一年。在 1970 年代后期，MPEAs 的最初是本科毕业论文，随后于 1998 年又开设了另一个本科项目，最后，在 2002 年的一次会议上发布。在 1996 年，HEA 内容发表了一系列论文，随后又出版了 5篇文章。最后，“高熵合金”和“多主元素合金”术语统一为 MPEAs。

除了这些出版物之外，还有三项研究也值得说一说。第一篇论文报告了相同质量分数的达 7 种金属元素混合物的基本性质（硬度，密度等）。从 11 种不同元素中抽取出 900 多种合金。第二篇论文将 MPEA 概念应用于金属玻璃。论文使用已知金属玻璃合金中化学相似元素的等摩尔取代。这是第一本介绍MPEAs提供的广泛组合空间概念的作品。这也是第一次关于该主题的实验结果的出版论文。第三篇是 2003 年发表的没有给出任何结果，但提供了对 HEA 概念的雄辩和令人回味的介绍。这些概念当时正在出版，并于次年初出版，这对HEA 领域也很重要。

1.1 高熵合金的定义

 

（1）成分定义

 

最早的论文将 HEAs 定义为“由等摩尔比的五个或更多元素组成的合金”。

等摩尔浓度的要求是“每个元素的浓度在 5-35.％之间元素。”因此，HEAs 不必是等摩尔的，这显着增加高熵合金的数量。HEA 还可能包含微量元素，以改善 HEA 的属性，扩展 HEA 的数量。这种组合物仅规定了元素浓度，对熵的大小没有限制。

（2）高熵定义

 

“高熵”是基于熵值的大小定义。因此，定义低等（SSS，理想 <0.69R，其中 SSS 理想值是理想 SS 中的总配置摩尔熵，R 是气体常数），中等（0.69R<SSS，理想 <1.61R）和高等（SSS，理想 >1.61R）熵合金。玻尔兹曼方程给出了一种用理想合金成分，估算 SSS的简单方法。但是它要求原子占据随机晶格位置，这在金属溶液中很少；它还定义合金具有单一的熵值，实际上合金的熵值会随温度变化。为了解决这些问题，基于合金的熵的定义可以由“液体溶液和高温固溶体状态表示，其中热能足够高以使不同元素在结构内具有随机位置”。然而，即使二元金属液体，在熔化温度下通常也没有随机原子位置。因此熵值分类的依据还有一些问题。

1.2 高熵合金的四个核心效应

 

（1）高熵效应

 

高熵效应是 HEA 的标志性概念。比较理想的形成熵与纯金属的焓（选定 IM化合物的形成焓）可以得知，在具有 5个或更多元素的近等摩尔合金中，其更有利于形成 SS 相而不是 IM 化合物。这时不考虑特殊组合，仅熵和焓的高低来分析常规的 SS 相和 IM 相。熵值也只考虑生成熵。虽然振动、电子和磁性也影响其熵值，但是最主要的因素仍然是合金的结构。

（2）晶格畸变

 

严重的晶格畸变是因为高熵相中的不同原子尺寸导致的。每个晶格位置的位移，取决于占据该位置的原子和局部环境中的原子类型。这些畸变比传统合金严重的多。这些变原子位置的不确定性导致合金的形成焓较高。虽然在物理上，这可以降低 X射线衍射峰的强度，增加硬度，降低电导率，降低合金的温度依赖性。但是，仍然缺少系统的实验来定量描述这些性能的变化值是多少。例如，组成原子之间的剪切模量不匹配，也可能有助于硬化；局部键的变化也可能改变电导率、热导率和相关的电子结构。

（3）缓慢的扩散特点

 

在 HEAs 中，扩散是缓慢的。这可以在纳米晶和非晶合金的形成和其显微结构中观察到。

（4）“鸡尾酒”效应

 

首次“鸡尾酒”效应是 S. Ranganathan 教授使用的短语。最初的意图是“一种愉快，愉快的混合物”。后来，它意味着一种协同混合物，最终结果是不可预测，且大于各部分的总和。这个短语描述了三种不同的合金类别：大块金属玻璃、超弹性和超塑性金属以及HEAs。这些合金都是多主元素合金。“鸡尾酒”效应表征了无定形大块金属玻璃的结构和功能特性。

与其他“核心效应”不同，“鸡尾酒”效应不是假设，也不需要证明。“鸡尾酒效应”的意思是特殊的材料特性，通常源于意想不到的协同作用。其他材料也可以这样描述，包括物理性质，例如接近零的热膨胀系数或催化响应；功能特性，如热电响应或光电转换、有超高强度，良好的断裂韧性；抗疲劳性或延展性等结构特性。这时材料的性质主要依赖材料成分，微观结构，电子结构和其他特征。“鸡尾酒”效应揭示 MPEAs 的多元素组成和特殊的微观结构，进而产生非线性的意外结果。

2、高熵合金的热力学特征

 

2.1 固溶体的熵和焓

 

固溶体（SS）相的吉布斯能表示为 G ss =H ss -T（S ss ）。在理想熔液中 H SS =0，但是实际上 H SS 通常含有较小的值。当H SS >0 时，非随机分布的原子呈现相分离的趋势；当 H SS <0 时，表现出化学短程有序（SRO）。

图1（a）700 K时，Co-Ni合金在常规熔液的熵、焓和吉布斯能量图；（b）700 K

时，Ce-Ni合金在亚常规熔液的熵、焓和吉布斯能量图

 

HEA 合金中最稳定的溶液出现在等摩尔组分中，但对于亚常规溶液来说却不一定。考虑常规（图 1a）和亚常规（图1b）固溶体的代表性热力学函数。图 1a 中最稳定的组合物是等摩尔组合物，但在图 1b 中它是 x B =0.55。HSS 曲线中的不对称程度较小，也更明显。分析表明 H SS 中的最小值，可以出现在 x B =0.50±0.10 范围内。 由于亚常规溶液最常见的，因此最稳定的固体溶液通常可从等摩尔组合物中置换出来。

 

2.2 金属间相的熵和焓

 

金属间相（IM）的吉布斯能 G IM =H IM -TS IM ，其中 H IM 和 S IM是 IM 相的摩尔生成焓和熵。SS 和 IM 相的结构不同，因此相同成分和结构的熵值也是不同。图 2 是 SS 和 IM 晶体结构示意图。由图 2 可知，IM 相的熵值很小，每个晶格只有一个元素，但是多主元合金的一个晶格位点，通常是多种元素随机分布，显著增加了熵值。

图2 （a）二元有序晶体示意图；（b）多主元晶体示意图。

 

3 高熵合金的分类

 

3.1 高熵合金的主要元素

 

本文统计了 480 种合金，使用了 37 种元素，如图 3 所示。包括 1 种碱金属（Li）；2 种碱土金属（Be，Mg）；22 种过渡金 属（Ag，Au，Co，Cr，Cu，Fe，Hf，Mn，Mo，Nb，Ni，Pd，Rh，Ru，Sc，Ta，Ti，V，W，Y，Zn，Zr）；2 种基本金属（Al，Sn）；6 种镧系元素（Dy，Gd，Lu，Nd，Tb，Tm）；3 种类金属（B，Ge，Si）和1 种非金属（C）。Al，Co，Cr，Cu，Fe，Mn，Ni 和 Ti 这几种元素出现在 100 多种合金中，其中四种元素（Co，Cr，Fe，Ni）各在高熵合金中的比例高达70％以上。另外，难熔元素（Mo，Nb，V，Zr）在高熵合金中也属于常见元素。本文中的高熵合金平均含有 5.6 种元素。

图3 多主元合金（MPEAs）中408元素的使用频率图

 

图4 ：7个合金系列中的组成元素图

3.2 高熵合金的体系

 

本文中统计的 408 种 MPEAs 可分为 7 个合金系列，如图 4 所示。包括 3d过渡金属 CCA，难熔金属 CCA，轻金属CCA，镧系元素（4f）过渡金属 CCA，CCA 黄铜和青铜，贵金属 CCA 和间隙化合物（硼化物，碳化物和氮化物）CCA。

4、高熵合金的显微结构

 

4.1 相的定义和分类

 

没有晶体结构的相称为非晶态或玻璃态。尽管原子在无定形结构中是无序的，但在本工作中它并不被称为无序，以避免与无序的结晶固溶体相混淆。具有两个或更多化学上不同的亚晶格，具有化学 LRO 相定义为有序或金属间（IM）或化合物。在这项工作中，LRO 仅涉及子晶格上的化学排序，而不涉及平移和/ 或旋转对称。IM 相由 AxBy 表示，也由 Strukturbericht 表示，Pearson 符号或通用名称（如Laves或sigma）和原型化合物。具有单晶格的合金元素的相描述为无序固溶体（SS）。SS 相中可能存在或不存在 SRO。SS 相通过原子填充方案（FCC，BCC，HCP）或 Strukturbericht 描述更复杂的结构。简单相和复杂相的区别仅限于晶体结构，对性能没有任何影响。

最近，对微观结构的分类方法与上述相同。具有一种或多种无序固溶体的微结构称为 SS 微结构或合金；具有一一种或多种金属间相的微结构称为 IM微结构或合金；具有无序固溶体和金属间相混合物的微观结构称为（SS+IM）微结构或合金。CCA 不限于 SS 相或单相微结构，可以具有任何含量的 SS 或IM 相，或 SS 和 IM 相的混合物。另一类HEAs- 金属玻璃 - 具有亚稳态非晶结构，可通过快速凝固或机械合金化获得。

4.2 相的观察

 

本文统计了 23 种结晶相。晶体结构主要通过 Strukturbericht 表示法列出。例 如：A1 结 构（Pearson 符 号 cF4，Cu原 型）， 列 为 FCC；A2 结 构（Pearson符号 cI2，W 原型），标记为 BCC；A3结构（Pearson 符号 hP2，Mg 原型），以HCP 给出；σ 用于表示 D8b 晶体结构（Pearson 符号 tP30，σ-CrFe 原型）。CCA晶体结构：A5（tI4，β-Sn）；A9（hP4，石墨）；A12（cI58，α-Mn）；B2（cP2，ClCs，AlNi）；C14（六角Laves相）（hP12，MgZn 2 ，Fe 2 Ti）；C15（ 立 方 Laves 相）（cF24，Cu 2 Mg）；C16（tI12，Al2Cu）；D0 2 （cF16，BiF 3 ，Li 2 MgSn）；DO11（oP16，Ni3Si）；D0 22 （tI8，Al 3 Ti）；D0 24 （hP16，Ni 3 Ti）；D2b（tI26，Mn 12 Th，AlFe 3 Zr）；D 85 （hR13，Fe 7 W 6 ，Co-Mo 和 Fe-Mo）；D8 m （tI32，W 5 Si 3 ，Mo 5 Si 3 ）；E9 3 （cF96，Fe 3 W 3 C，Fe-Ti）；L 10 （tP2，AuCu）；L 12（cP4，AuCu3）；和 L 21 （Heusler）（cF16，AlCu 2 Mn）。其中，NiTi 2 （cF96）找不到Strukturbericht 表示法。至少一个超晶格峰未确定的相被列为 IM，并且未识别的相被列为 Unk（未知）。该列表包括 6 种无序晶体结构（BCC FCC，HCP，A5，A9，A12）。

到目前为止，最常见的相是无序FCC （在410种合金出现465次）和BCC （在306 种合金中出现 357 次），其次是有序的 IM 相 B2（在 175 种合金中发生 177次），σ（在 60 种合金中出现 60 次）和六角形 Laves 相 C14（在 50 种合金中出现 50 次），如图 5 所示。HCP 相仅出现在 7 种合金中。通过 BCC，FCC 或HCP 相出现的次数，FCC 相在微结构中出现的总次数为 56％。BCC 阶段略不常见（43％），HCP 阶段占 BCC，FCC 或HCP 阶段报告次数的 1％。7 个 HCP 相中有 6 个属于三个不同的合金系列（轻金属，4f 过渡金属和“其他”CCA）。这些合金系列之间没有共同的元素，这表明仍有很多机会发现具有 HCP 晶体结构的新 CCA。

图5： 微观结构的648种相出现次数的柱状图

4.3 相的计算

 

虽然有许多方法用来计算 SS 相，但是应用最多的还是经验方法。本文分析了经验方法、热力学模型和原子方法对 SS 相的预测。

（1）经验方法

 

Hume-Rothery 规则计算 SS 相的形成时，需要考虑的因素有原子尺寸（δr）、晶体结构、电负性（δr）、电子浓度（VCE）和化合价，及热力学条件：混合焓（H SS ）、混合熵（S SS ）和熔化温度（T m ）。其计算公式如下：

 

其中，r i 、χ i 、VEC i 和 T m,i 分别是原子半径、电负性、价电子浓度和元素 i 的熔点；c i 和c j 是原子i和j的原子百分比；r（-）= ∑ c i r i 和 χ（-）= ∑ c i χ i 是平均原子半径和平均电负性；Hij 是在常规二元溶液中等摩尔浓度下元素i和j的混合焓。

预测 HEA 中 SS 或 IM 相的大多数经验方法，使用 δr 和 H SS 或 Ω。原子尺寸不匹配和 H SS 是无定形（AM）合金的众所周知的经验标准。这些参数将 HEA中的 SS 和 AM 相分开，但 IM 相与这两个场重叠，如图 6 所示。后来尝试结合H SS ，S S S 和 T m ，分离 SS 和 IM 相。这项结果略好于 δr 与 H SS 的相关性，但仍然可以看到重叠（图 6b）。能够分离SS 和 AM 相使因为它们属于的无序溶液相。

图6 ：分离SS、IM、（SS+IM）和非晶（AM）相区的经验相关性：（a）δr与H SS 的经验相关性；（b）δr与Ω

 

的经验相关性图。

 

（2）热力学模型

 

虽然在不考虑 IM 相的吉布斯能量时，可以通过合金元素数量和浓度建立方程，获得吉布斯能量。这种方法的最大优点是简单。但是通过形成熵和金属间相形成焓之间，建模能够区分单相 SS合金和包含 IM 相的合金。另一种思路是获得多组分的合金相图。目前最可靠的方法是 CALPHAD。通过 CALDPHAD 计算生成的含有 3-6 种元素的 130000 多种不同等摩尔合金的相图，用来分析相结构。分析表明，随着合金成分数N的增加，形成 SS 合金的可能性降低。对于最可靠的计算（f AB =1），在 Tm 和 600℃下，对于任何 f AB 值的计算都发现了相同的趋势。在 CALPHAD 计算中，未统一使用元素，因为某些元素在热力学数据库中比其他元素更多。例如，Al 和 Cr 在每个使用的数据库中；除了一个数据库外，Fe，Mo，Si，Ti 和 Zr 也都在；除了2 个数据库之外，Ni 和 Ni 都在。元素Dy，Gd，Lu，Rh，Ru，Sc，Tm 和 Y 各自仅出现在 1 或 2 个数据库中。这种偏差在 f AB =1 数据集中被放大，因为热力学描述通常仅适用于更常用的元素。图7 中的 CALPHAD 数据集，显示了使用每种元素的计算合金的百分比。实验合金中元素用量的偏差更大。由于这些偏差，计算的 BCC，FCC 和 HCP 相，对于两个公开的 CALPHAD 是不同的。计算的 BCC，FCC 和 HCP 相的频率，作为计算数据集中 BCC，FCC 和 HCP 相总百分比，对于f AB 是BCC（65％），FCC（29％）和 HCP（6％）=1 并且对于 f AB = 全部是BCC（62％），FCC（12％）和HCP（26％）。

图7：在实验和两个CALPHAD中元素的使用频率图

5、高熵合金的性能

 

5.1 高熵合金的功能性

 

在 AlxCoCrFeNi（0 ≤ x ≤ 2） 和Al x CrFe 1.5 MnNi 0.5 Moy（x=0.3，0.5，y=0，0.1）合金体系中，在 1273 K 下，对合金退火、水淬和铸态条件下的导热系数进行研究。在 293-573K 时，合金的热导率和热扩散率值随着温度的增加而增加，分别在 10-27Wm -1 K -1 和 2.8-3.5mm -2 s -1的范围内。这些值低于纯金属，但接近合金钢和超镍合金。这现象与纯金属相反，与不锈钢相似。单相 FCC 合金（低Al 含量）几乎是单相 BCC 合金（高 Al含量）的导热率一半。在单相区域内，热导率随着 Al 含量的增加而降低。这些行为是因为晶格畸变和高温下晶格热膨胀导致。

Al x CoCrFeNi 合金的电阻率通常为100-200μΩ-cm（0 ≤ x ≤ 2）。这些合金中的电阻率随温度呈线性增加。合金结构随着 Al 含量的提高，从 FCC 转变为 BCC+FCC，再转到 BCC，导致电阻率的呈现非线性变化。实验数据表明 BCC 和 FCC 相的电阻率符合线性关系 ρBCC=107+1.43（C A1 ）；ρFCC=107+5.50（C A1 ）；其中 cAl 是各相中的Al 浓度，单位为％；如图 8 所示。在相同组成下，FCC 相的电阻率高于 BCC 相的电阻率，两相场中的电阻率遵循 BCC和 FCC 相的体积分数的线性平均值。

图8 在400K时，Al x CoCrFeNi合金的电阻率随Al含量的

变化图

 

几乎所有的磁性合金（CCAs）都含有 Co，Fe 和 Ni。CoFeNi 是一种具有FCC 晶体结构的单相 SS 合金，具有铁磁性，饱和磁化强度（M s ）为 151emu/g。纯 Fe 的 M s 为 218emu/g，纯 Ni 的 M s 为55emu/g。FCC 结构转化为 FCC+BCC/B2， 在 AlxCoFeNi 中 添 加 Al， 或 在CoFeNiSi x 中 添 加 到 FCC+ 硅 化 物。 所有合金都是铁磁性的，当 Al 从 x=0 增加到 1 时，M s 减小到 102emu/g，或者当 Si 从 x=0 增加到 0.75 时，M s 减小到80.5emu/g。磁致伸缩效应非常小，这对于确保材料在外部磁场中不受应力是必要的。在（AlSi）x CoFeNi （0≤x≤0.8）中加入 Al 和 Si，x=0.2 时的性能得到Ms，矫顽力，电阻率，屈服强度和无断裂应变，使合金成为有吸引力的软磁材料。在均质 Al x CoCrFeNi（0 ≤ x ≤ 2）合金中向 CoFeNi 中添加 Al 和 Cr，在 5K 和 50K 时具有铁磁性，但由于合金相的变化，在 300K 时具有顺磁性。

图9： 在FCC不锈钢合金和CoCrFeMn 0.5 Ni合金中，Ni（DNi）的扩散系数：（a）反向温度函数的扩散系数，

 

（b）反向通过主体合金熔点的扩散系数归一化图。

 

5.2 高熵合金的扩散性能

 

缓慢扩散是高熵合金（HEA）“核心效应”之一。AlxCoCrCuFeNi 合金在铸态时形成纳米晶，退火后纳米晶体发生缓慢扩散。但是，Al 0.5 CoCrCuFeNi 合金炉冷后，却没有低温相的形成。目前，AlMoNbSiTaTiVZr 是 比 TaN/TiN（ 或 Ru/TaN）更好的扩散阻挡层。这是两种扩散假说。在这些研究中，HEA 都含有 1 至5 种难熔金属，每种金属的 Tm>2100K，热暴露时，处于相当低的温度和短时间（<1 分钟至 5 小时），极大地限制了质量传递。使用普通合金作为基准，在接近熔化温度（T m ）85％的温度下，纳米尺寸的沉淀物在超合金中能够存在数十或数百小时。虽然上面引用的间接观察结果与慢动力学一致，但与传统合金相比，HEAs 合金中的扩散速度更慢。

复杂性使扩散测量变得困难。实验获得的 MPEAs 扩散数据，如图 9 所示。在相同温度下，CoCrFeMn 0.5 Ni 中的扩散系数高于传统合金。例如，Ni（DNi）在 CoCrFeMn 0.5 Ni，Fe-15Cr-20Ni 不 锈钢中的扩散系数和纯铁在 1173 K 分别为 14.3×10 -18 m 2 /s，6.56×10 -18 m 2 /s和 3.12×10 -18 m 2 /s，在 1323K（最高测量温度）为 5.74×10 -16 m 2 /s，分别为2.15×10 -16 m 2 /s 和 1.2×10 -16 m 2 /s。到873K，其中扩散通常被认为是阻止的，这些材料的 DNi 分别为 2.0×10 -22 m 2 /s，1.7×10 -22 m 2 /s 和 0.49×10 -22 m 2 /s。表明，在相同 873-1323K 温度下，CoCrFeMn 0.5 Ni 合金中的 DNi 高于奥氏体钢和纯金属。

5.3 高熵合金的机械性能

 

机械性能很大程度上取决于合金的成分和微观结构。原子的弹性相互作用，影响合金中的错位行为。合金的相和相体积分数，决定合金的性能。在固定的组成和相含量下，也可以通过改变相的尺寸，形状和分布，改善性能。缺陷也在机械性能中起主要作用。原子级缺陷主要有空位，位错和晶界，微观或宏观缺陷包括孔隙，化学偏析，裂缝和残余应力。

3d 过渡金属 MPEAs 的硬度研究发现，Al x CoCrCuFeNi 合金从单相 FCC 结构转变为 BCC+FCC，再转变为单相 BCC，其硬度随 Al 含量的增加而增加。在铸态和均质条件下，AlxCoCrFeNi合金表现出类似的性能。单相 FCC 合金的维氏硬度在 100-200Hv 之间，单相 BCC 合金的硬度 >600Hv，BCC+FCC 合金的硬度值随着 BCC 含量的增加。透射电子显微镜（TEM）研究表明，Al x CoCrCuFeNi 合金为有 BCC 和 B2 相的混合结构。BCC 和B2相之间的高密度界面，有助于提高含Al合金的硬度。据报道，硬度随着 BCC+B2 相体积分数的增加而增加。

3d 过渡金属 MPEAs 的压缩试验研究发现，几乎所有的合金都包括 CoCrFeNi，且添加少量的 Mo，Nd，Si，V，Y，Zn 和Zr。压缩样品通常通过铸造或粉末冶金获得。其微观结构显示出树枝状，即使在退火后，合金仍具有 1-2％的孔隙率。BCC和 FCC 相的微观结构占主导地位。在 BCC 和 / 或 B2 相的合金中，压缩屈服强度较高，在 1300-2400 MPa 的压力范围内，可高达 3300MPa。但是，延展性通常低于 10％，这是结构材料的实际最小值。

图10 ：3d过渡金属CCA的拉伸数据：（a）屈服强度σy，（b）极限强度σut，

 

（c）拉伸延展性ε。（d）ln（σy）对1000/T说明延伸率图。

 

3d 过 渡 金 属 MPEAs 的 拉 伸 试 验 研 究 发 现， 常 见 的CoCrFeMnNi 合金的晶粒尺寸和应变率是影响拉伸性能的主要因素。CoCrFeMnNi 合金微观结构是单相 FCC 固溶体，富含 Cr或富 Mn 的第二相颗粒，通常含有退火孪晶。随着温度的升高，屈服强度（σ y ）和最终（σ uts ）强度都会持续下降，如图 10所示。在 77-300 K 时，强度下降最快，在 300-800 K 时，强度下降缓慢。在高温度下，这种现象效果更明显。在 900 K 时，拉伸延展性 ε 7 随着温度降低增加。

图11：（a）压缩实验中，屈服强度σy的温度依赖性图，（b）难混溶CCA的合

 

金密度ρ与σy的标准化图。

 

难混溶合金 CCA 的研究没有 MPEAs 那么成熟，如图 11 所示。难混溶CCA合金研究的目的是延长结构金属的使用温度。图 11 显示了普通超合金的 σ y ，以实现延长结构金属的使用温度。Haynes ? 230 ? （Co 4 Cr 27 Fe 3 Mo 1 Ni 60 W 5 ） 是用于静电板件的 SS合金，INCONEL ? 718（（Al，Nb，Ti） 5 Co 1 Cr 21 Fe 19 Mo 2 Ni 52 ）是沉淀强化合金，广泛用于燃气轮机行业的旋转盘，MAR-M247 （Al 12 Co 10 Cr 10 Hf 1 Ni 62 Ta 1 Ti 1 W 3 ）用于涡轮叶片。但是难混溶 CCA长处于压缩态，而超合金处于拉伸状态，所以难混溶 CCA 和超合金之间的仅强度直接比较是不合适的。此外，高温合金满足高温应用的广泛要求，包括拉伸延展性，断裂韧性，抗氧化性，蠕变强度，疲劳强度和可加工性。这些其他特性尚未在耐火 CCA 中得到证实，却是未来的研究方向。

6、高熵合金的设计和应用

 

6.1 高熵合金的结构应用

 

3d 过渡金属 CCA 与商用不锈钢及镍合金之间的存在成分重叠。尽管许多商业合金不满足 HEA 定义，但它们仍然含有 3种或更多主要元素体现了 CCA 的性能。这支持了传统合金是3d 过渡金属 MPEAs 的结论，为 3d 过渡金属 CCA 的应用提供了新视角。通过了解 CCA 金属与商业合金性能的差距，可以找到机会改变这类合金性能。FCC 单相固溶体（SS）相场的范围比奥氏体镍和不锈钢更宽。MPEA 还可以从商业合金中学习，关于非等摩尔组合物的影响，例如：微量合金添加剂如 C，N，Si，Mo，Nb和Ta对微观结构和性能的影响，以及变形加工的作用。

难熔金属 CCA 可以设计为超镍合金。目前，虽然难熔金属CCA 的应用研究较少，但是以实现轻载静电部件，例如：热保护板、涡轮叶片和盘。难熔金属 CCA 具有操作应力和温度的潜能。但是没有可拉伸性能验证，且还有许多性能需要测试。

6.2 高熵合金的功能性应用

 

MPEA 合金的功能性研究远少于结构性能。目前 CCA 的功能性应用，包括 MPEA 氮化物和硼化物或者贵金属 CCA。MPEA 氮化物和硼化物的应用方向是耐磨涂层和扩展阻挡层。目前，关于耐磨涂层和扩展阻挡层的性能研究还不完善。MPEA 合金的合成元素具有独特热、电和磁学性能，这为开发其功能性应用提供了基础。贵金属 CCA 的催化性能，例如：催化转换器、水分解、燃料电池阳极催化、牙科合金和记忆存储设备等。

7、结论与展望

 

高熵合金的种类繁多，其显微结构和性能具有很高的研究价值。高熵效应是调控其显微组织和结构的主要因素。

目前这一领域的关注点已经从 3d 过渡金属 MPEAs，发展到了 7 个合金系列。每个合金系列包括 6-7 元素，已经产生了超过 408 种新合金。在这 408 种合金中含有648 种不同的微观结构。研究发现，合金元素数量和加工条件对其显微结构有显著的影响。不同结构的高熵合金，呈现出不同的结构性能和功能特点。虽然高熵合金的性能研究，仍处于起步阶段，但是其独特的结构和广泛合金种类，为其结构化应用和功能化应用提供了基础。

文 献 链 接：A critical review of high entropy alloysand related concepts（Acta Materialia, 2018, DOI:10.1016/j.actamat.2016.08.081）。