如何評價高熵合金？應用前景如何？有沒有前途？還是僅僅玩的 ...

和目前大部分合金材料不同的是，高熵合金是一種含有等摩爾量或近似等摩爾量的元素組成的合金材料。

大部分現有合金都是基於一種主材料，摻雜少量其他 ... 標籤：合金材料金屬材料非晶態合金高溫合金 如何評價高熵合金？應用前景如何？有沒有前途？還是僅僅玩的概念？ 01-14 和目前大部分合金材料不同的是，高熵合金是一種含有等摩爾量或近似等摩爾量的元素組成的合金材料。

大部分現有合金都是基於一種主材料，摻雜少量其他材料構成的，比如鋼是鐵中含有0.2%-2.1%的碳構成的。

在高熵合金首次被合成出之前，Greer曾經提出一個理論，主要內容是，當合金包含越來越多的近似摩爾組分的元素時，它將會越來越易於形成玻璃相。

所以當Cantor和Yeh首次提出合成出單相的五組分合金時，才會引起這麼多的關注，因為它顛覆了傳統合金理念。

這個圖反映了高熵合金隨機固溶體晶體結構，不同的原子隨機分布在每個點陣上，整體形成了有規律的點陣結構。

有意思的一件事是當時Yeh將第一篇關於高熵合金的文章投給Science時被拒，最後只能投給advancedengineeringmaterials.現在這篇文章的引用率已經非常高。

目前為什麼等摩爾量的組分不會形成玻璃相或者金屬間相併不是十分清楚。

總體思路是因為高熵合金中結構熵較高導致吉布斯自由能降低導致形成單一的固熔相。

目前北科大的張勇教授對這方面提出過理論來預測高熵合金的相圖，和實驗符合的較好。

但日本的陳明偉教授也在高熵合金中發現納米級的金屬間相，並且聲稱納米級金屬間相可以緩解點陣應力。

同時第一性原理的計算也支持這一觀點。

所以高熵合金究竟是完全單相的還是混合相仍然在爭論之中。

高熵合金的形變機制十分複雜，目前並沒有統一的結論。

但人們主要將其良好的機械性能歸因於點陣畸變。

也就是說高熵合金的點陣並不是完美的固溶體點陣，比面心立方，體心立方。

而是一種變形的面心和體心立方，如下圖所示。

點陣畸變會導致位錯在高熵合金中極難移動。

因為高熵合金的點陣是畸變的，導致在每處的晶格常數都不同，從而導致位錯的泊氏矢量在各處都不同，而晶格摩擦力，也就是派納力是位錯寬度和泊氏矢量的函數，所以位錯的各個部分移動所感受到的阻力處處都不同，從而使位錯各個位置的移動速度不同。

而大量的晶格畸變又提供了很多的位錯釘扎位置，導致其移動十分困難。

同時孿晶也是高熵合金的形變機制，高熵合金的層錯能很低，只有20-25mJ/m2，所以更容易形成孿晶。

如下圖所示，當高熵合金在斷裂時，不僅會形成纖維狀的bridging強化機制，而且在每一個纖維中都有孿晶的形成。

這種斷裂機制是所有合金中前所未有的，也是其高強度的原因。

目前最矚目的進展主要來自於伯克利大學的robertritchie和橡樹嶺國家實驗室的George的合作。

他們在去年在科學上報道在液氮溫度下CoCrFeMnNi高熵合金的fracturetoughness超過目前最tough的金屬，達到200MPam1/2.引起廣泛關注。

隨後他們又在naturecommunication上報道了中熵合金CrFeNi也有同樣的高斷裂強度。

可以看到高熵合金在Ashbymap的右上角。

性能及其優秀。

最新一期的Nature上刊登了馬普所關於高熵合金的研究，Fe50Mn30Co10Cr10在冷軋退火之後，強度和延性同時大幅度的提高，達到了800MPa和近0.8，遠遠超過了鈦合金和其他合金體系。

這種同時在強度和延性上的提高主要歸功於該合金系統的兩相混合的微觀結構。

它包含FCC和HCP兩種晶體結構，其中馬氏體相變（FCC-&>HCP），孿晶形成提高了加工硬化的能力（提高延性），固溶體強化提高了強度。

田納西大學的peterliaw首次提出難熔高熵合金，其性能在高溫下十分穩定。

瑞士的Zou進一步在此基礎上設計出了強織構的高熵合金，其屈服強度達到了10GPa。

在高熵合金的研究中獨樹一幟的是UIuC的Dahmen教授，她通過建立平均場理論模型來解釋高熵合金特殊的力學性能，如在特定的溫度和應力範圍內呈現出serration的行為。

這種serration會嚴重影響高熵合金的應用，因為如果在應用中出現了這種突然的serration會導致應力突然下降，而不光滑的應力應變曲線會導致很難預測材料的安全係數。

目前高熵合金的進展十分迅速，世界很多研究組也都在研究高熵合金的各種性能。

目前高熵合金的研究已經呈現出爆發性的增長。

webofknowledge的引文報告關於高熵合金的報道已經出現了指數型的增長。

高熵合金最大的理論意義在於它顛覆了傳統合金設計理念，通過近些年對超高性能高熵合金的報道，人們逐漸意識到突破傳統的合金設計理念可以得到意想不到的性質。

大框架上，估計會和金屬玻璃，液態金屬，3-D列印，准晶等接近。

短期，先以局部的優異搭建良好的願景，找優點階段；中期，驗證所需的資金或關注度的支持，進入冷靜的分析階段；後期，慢慢做全局數據，詳細討論利弊得失，分析具體應用並做嘗試，腦筋繃緊的階段；應用，做應用前的詳細考察，找弱點，滿頭大汗階段。

最後，成，皆大歡喜普天同慶，預言家出來邀功；敗，雖敗猶榮，為下一個願景搬磚鋪路，預言家出來請賞。

人『浮』於事，大致如此。

現在第一階段概念鋪設的工作基本完成，第二階段似乎已經開始，能不能走完第二階段，不是誰能預知的。

即便能完整的走完輪迴，需要多少時間，也是不能預知的。

今天能看到的前景，轉個街角，明天可能就暗淡了。

是否是玩兒概念，這麼去理解比較好：基本上好的、長久的東西，都既需要好的概念，又有結實的實體，且在當下時代，好概念是必須，用於傳達願景給身在『世外』的人。

所以，僅僅是現在的玩兒概念，不能作為臧否未來的判據。

是也罷，不是也罷，深名其中的冶金學家眼中優點缺點都能看的清楚。

至於普通人和我等初級研究者，再有前景，恐怕也沒辦法坐享其成。

還是讓數據在未來慢騰騰的判決吧。

研究熱點，但是找不到實用價值！高墒合金的成分一般都是價格高的金屬。

而它的性能和某些超強鋼差不多。

強度大，韌性不夠。

導師調研了一圈，pass掉了我師弟的課題。

肯定是有前途的，高熵合金得到的是單相，可以說是突破傳統合金設計理念。

而且高熵合金普遍強度較高，我目前做的屈服強度最高能到1900多兆帕，但是高熵合金韌性一般較差，而且成本較高。

應該是可以用在特殊場合，比如軍用，取代部分高溫合金等等。

________________________________分割線，從去年做出來拉伸屈服1800MPa以上、抗拉1900MPa的高熵合金以來，我看到了高熵合金廣闊的應用前景。

高熵合金髮展不過十餘年，我入行不到一年半的時間內，就能做到和馬氏體時效鋼幾乎差不多的性能，說明高熵合金潛力巨大，未來很有可能在超高強度領域替代鋼。

然而要畢業了，發現材料真的不好找工作，幾乎沒有公司會招人去研究金屬結構材料，找到的工作居然是個銷售，材料做的再好有什麼用。

家裡窮，不想做科研，不想讀博士。

所以想做點事情的，家裡不缺錢的，我可以肯定這個領域絕對是有非常好的前途，肯定是能做出來成果的，祝你們好運 我最近也看了一下這個方向，大體處於忽悠階段，很難實用。

個人預測，這個方向就是發發文章，不會大規模實用。

和石墨烯一樣炒概念，甚至應用前景還不如石墨烯。

歡迎若干年後打臉 高熵合金，印像中就是合金化程度很高，含多種合金元素。

有前途。

高溫合金便是一個例子！ 推薦閱讀： TAG:材料|金屬材料|合金|非晶態合金|高溫合金| 一點新知 GetIt01