用多靶射频磁控溅射技术，在纯氩气氛中不同溅射功率( 40W-100W)下在Si(100)基底上制备晶体AlCrTaTiNi高熵合金薄膜。同时用四点探针(FPP)X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及其附带的能谱分析仪对薄膜的电性能和微结构进行表征。分析结果表明AlCrTaTiNi高熵合金薄膜在溅射功率为80W时的晶粒尺寸最大，电阻率最低，160μΩ.cm左右。 同时截面SEM形貌显示形成的晶体并非柱状晶体。

高熵合金是近年来的新兴领域,与传统合金不同,其一般是由五种或者五种以上主要元素组成,每种主元的含量在5%~35%(原子分数)之间,多种元素混乱排列却拥有简单的相结构,高熵合金的优点显著,发展空间巨大。以难熔金属元素为基础的难熔高熵合金近年来大受关注,含有3种及以上的难熔金属组成的高熵合金称为难熔高熵合金,由于难熔金属的熔点均较高,因此难熔高熵合金表现出了较好的高温力学性能和高温抗氧化性能以及耐腐蚀性能,受到大众欢迎,有望取代传统的高温合金。详细的阐述了难熔高熵合金的制备方法、相结构、力学性能、抗氧化性能与耐腐蚀性能,最后对难熔高熵合金的发展进行了展望。

随着科学与技术的不断发展,传统合金已无法满足现代工业发展的要求,迫切需要一种具有优异性能的新型合金材料来满足工业发展的需求。高熵合金是在传统合金的基础之上提出的,其具有比传统合金更优异的性能,所以对高熵合金的研究具有重要的价值。高熵合金是由5种及5种以上主元构成,且每种主元的原子分数＞5%并＜35%。阐述了块体高熵合金、薄膜状高熵合金、丝状高熵合金以及粉末状高熵合金的研究现状以及取得的进展。

主要概述了目前关于多主元高熵合金的研究中所取得的一些进展,首先对高熵合金的设计指导原则、四大效应以及制备工艺进行了相应的概括;其次概述了该新型合金目前大致的研究领域,并详细介绍了其在实际应用过程中所面临的一些问题及相应的研究成果;最后依据合金相关特性,对其可能的应用前景进行了展望。

研究不同 Al 含量 AlxFeCoCrNiCu (x=0.25, 0.5, 1) 高熵合金的组织结构，探讨了 Al含量对合金电化学性能的影响，并与304 不锈钢进行对比。结果表明：制备的高熵合金晶体结构由简单的 FCC 结构转为 FCC 和 有序 BCC 结构。与此同时，随着Al 含量的增加，合金的硬度越大，从 165 HV 提高到 485 HV。极化曲线表明，在 0.5 mol/L H2SO4 溶液和 1 mol/L NaCl 溶液中，高熵合金和 304 不锈钢相比，Al0.5FeCoCrNiCu 合金表现出较好耐腐蚀性和抗孔蚀能力。

随着对高熵合金的深入研究,通过实验建立高熵合金主要元素对合金性能的影响规律与机制,工作量较大并存在较大的不确定性,基于密度泛函理论的第一性原理计算可以很好地解决这类问题。通过计算,可以从原子、分子层面来讨论材料的显微结构和性能。采用基于平面波赝势的CASTEP的方法对CoCu_xFeNi(x=0.5,1.0,1.5)高熵合金以及Co_xCuFeNi(x=0.5,1.0,1.5)高熵合金进行第一性原理计算,并对晶体结构以及力学性能进行了研究。结果表明,随Cu含量的增加,晶格常数增大,密度不断减小,结合能不断降低,CoCu_0.5FeNi的体积模量K、剪切模量G、弹性模量E以及硬度均高于其它Cu含量的CoCu_xFeNi高熵合金,但热力学稳定性较差;随Co含量的增加,晶格常数减小,密度不断增大,结合能不断升高,Co_1.5CuFeNi的体积模量K、剪切模量G、弹性模量E以及硬度均高于其它Co含量的Co_xCuFeNi高熵合金,但其结合能较高,在热力学条件下的稳定性较差。

采用真空电弧熔炼技术制备出不同Al含量的AlxCoCrFeNiCu2 的高熵合金，研究Al含量对该高熵合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明：该铸态高熵合金合金具有简单的BCC相固溶体结构及FCC相固溶体结构。AlxCoCrFeNiCu2(x=1,2,3)合金中FCC相固溶体的含量在增加；当x=4,5时，合金中BCC相固溶体的含量增加。合金的硬度随着Al元素的增加而提高。制备出的5种合金中Al4CoCrFeNiCu2硬度值最高。Al3CoCrFeNiCu2高熵合金具有较高的屈服强度和断裂强度。

为了获得高性能的涂层材料,采用激光熔覆技术,在W₆Mo₅Cr₄V₂AlA工具钢表面制备MoFeCrTiWAlNb_x(x=1,1.5,2,2.5,3)高熔点高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机等测试手段,研究了Nb对激光熔覆MoFeCrTiWAlNb_x高熵合金涂层组织与性能的影响。结果表明,涂层主要由BCC相、MC相和少量拉弗斯相组成,包括先共晶组织和共晶组织。随着Nb含量的增加,先共晶碳化物数量减少、尺寸增加,呈现不规则颗粒状变化。共晶组织的体积分数逐渐增大,共晶组织中BCC相逐渐增多而(MC)_e相逐渐减少,共晶组织形貌也逐渐由不规则块状小颗粒+棒状枝晶变为大块状颗粒+网状枝晶;涂层硬度逐渐下降,耐磨性逐渐上升,涂层磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主。

利用磁控溅射工艺制备了不同Al含量的(0～20%(原子分数))AlCoCrFeNi高熵合金薄膜,研究了Al含量对AlCoCrFeNi高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,Al元素的加入,使得原CoCrFeNi四元合金薄膜中的(200)峰消失,Al_xCoCrFeNi薄膜呈现出(111)晶面的择优生长取向。Al_xCoCrFeNi合金薄膜形成了面心立方单一均匀的固溶体。Al元素的加入起到了固溶强化的作用,使Al_xCoCrFeNi薄膜硬度相对于CoCrFeNi合金薄膜整体提高了1～2 GPa。当Al含量为0.8时,薄膜的柱状晶宽度达到最小,Al_0.8CoCrFeNi薄膜在Hall-Petch关系作用下硬度显著增加,达到最大值18.7 GPa。

采用CO₂激光熔覆技术在AISI 1045钢基底上制备了Al_xCrFeCoCuNi涂层。通过改变Al的含量来研究其对显微组织和耐磨性能的影响。涂层的微观结构、化学成分和相结构分别通过扫描电镜、能谱和X射线衍射进行了分析。研究结果表明,Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层主要包括熔覆层、结合区和热影响区。熔覆层和基底具有很好的冶金结合。熔覆层主要由等轴晶和柱状晶组成。XRD分析可知,由于高熵效应使得Al_xCrFeCoCuNi高熵合金涂层相结构主要为简单面心和体心立方结构。Al_xCrFeCoCuNi的表面硬度最高可以达到758 Hv,是基底的3倍,而且显微硬度随着Al含量的增加而升高。Al含量高的涂层具有高的硬度,从而提高了耐磨性能。

为了研究Al含量对高熵合金CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金组织及力学性能的影响,通过真空电弧炉熔炼CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)高熵合金。利用X射线衍射仪测量合金的晶体结构,采用扫描电镜观察合金微观组织,利用维氏显微硬度计和万能试验机测试合金的显微硬度和压缩力学性能。结果表明,CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x由FCC相和BCC相混合组成。随Al含量的增加,硬度逐渐上升,当x=0时硬度最小为323.61 Hv,在x=1时最大为764.91 Hv;合金压缩塑性先减小后增大,抗压强度先增大后减小,当x=0时,其塑性最好,塑性变形达到了32.08%,x=0.2时塑性最差,塑性变形仅有5.99%。在增加Al的合金中,x=0.8时,其抗压强度和塑性变形最佳,为1 993 MPa和11.43%。

采用固体渗碳法,对CuCoCrNiFe高熵合金进行850 ℃/5 h的渗碳处理。采用SEM、EDS、EPMA、XRD分析了渗碳后试样的显微组织和相组成,并测量了试样的显微硬度。结果表明,经过渗碳处理后,合金上析出了大量碳化物。在表面附近,碳化物细小,十分密集。距离表面距离增加,碳化物分布密度下降,尺寸增大。试样表层硬度达到240 HV,与基体相比有明显增加。

采用多靶磁控共溅射技术的单靶功率可调特点,在Zr-4合金基底上,通过调节O₂流量制备出(AlCrMoNbZr)_1-x-yN_yO_x高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、纳米压痕仪(nanoindentation)以及电化学工作站等对不同O₂流量下制备的(AlCrMoNbZr)_1-x-yN_yO_x高熵合金涂层,进行了微观结构、形貌、纳米硬度以及耐腐蚀性能进行了表征与测试。结果表明,在O₂氛围作用下,涂层相结构由fcc完全转变为bcc结构;随O₂流量由0 mL/min增至15 mL/min,涂层纳米硬度由22 GPa快速降低至7 GPa;O₂流量为10 mL/min的(AlCrMoNbZr)_1-x-yN_yO_x高熵合金涂层表现出优异的耐腐蚀性能,其腐蚀电流密度较O₂流量为0 mL/min的(AlCrMoNbZr)N涂层降低约6倍。