钛合金表面激光熔覆高熵合金

钛合金表面激光熔覆高熵合金2015-01-201主要内容2钛合金表面激光熔覆高熵合金涂层高熵合金的简介高熵合金的定义定义：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔比或近等摩尔比混合形成的固溶体合金(两种元素以等摩尔混合)当n=2时，ΔS=

0.693R，当n=5时，ΔS=1.61R当n=6时，ΔS=1.79R当n=

9时，ΔS=2.20R

高熵的指标混合熵大于1.5R每一种主元的含量需要大于5at.%主元数目应大于5，最好不超过13Gibbs相率：P=C+1-F随着元素种类增加，平衡相的数目也应该增加。在高熵合金中虽然含有5种或5种以上的元素，但却依然能够形成简单的固溶体相，这就是高熵合金最为独特的地方高熵合金的特性与传统合金区别：传统合金一般基于一种或两种元素，而高熵合金中没有任何一种元素占主导地位。传统合金中合金元素固溶量是有限的。随着合金元素含量的增加，会出现金属间化合物及复杂相，对合金性能不利。高熵合金中绝大部分的金属元素都处于固溶状态，并且具有BCC、FCC这样简单的晶体结构高熵效应

迟滞扩散效应

严重晶格畸变

鸡尾酒效应四个特性：高熵效应当ΔH

＜-T

ΔS时，说明元素之间有结合在一起的趋势，即形成化合物的趋势较大，不利于形成固溶体相当ΔH＞-T

ΔS时，说明元素更趋于维持混乱的状态在高熵合金中，通过增加元素的种类来提高ΔS，让高熵合金形成固溶体相而不是金属间化合物相，从而将固溶体相变成一个热力学稳定的状态。

ΔG=ΔH-TΔSΔG越负的状态越稳定

ΔH一般小于零，反映了原子之间的相互作用能

ΔS大于零

，反映了体系的混乱程度.高熵效应原理晶格畸变效应

高熵的指标混合熵大于1.5R每一种主元的含量需要大于5at.%主元数目应大于5，最好不超过13原理：存在严重的晶格畸变，固溶强化是最主要的强化形式严重的晶格畸变使高熵合金具有很高的抗拉强度晶格畸变不仅改变了合金的性能，而且减小了温度对性能的影响。图中这几种高熵合金都具有很高的屈服强度，并且随着铝含量的增加，强度增加（用晶格畸变增加解释）。高熵合金可以将这种性能保持到很高的温度，原理：高熵合金中晶格畸变严重，必然导致扩散过程难以进行迟滞扩散效应新相的形成和长大需要通过扩散进行，因此在高熵合金中经常形成纳米尺度的第二相颗粒。第二相颗粒的形核容易，但是长大非常困难，最终保持在纳米尺度。迟滞扩散效应让高熵合金很容易得到过饱和状态固溶体以及细小的沉淀，提高再结晶温度，减小晶粒长大速率以及第二相粗化速率，提高蠕变抗性。真空吸铸的方式制备AlCrFeCoNiCu高熵合金B),TEM亮场相a:70nm宽的无序BCC相

b:100nm宽的有序BCC相c:7-50nm的纳米沉淀C),D),E)分别为a,b,c的投射花样铸态AlCrFeCoNiCu合金::在真空吸铸的方式制备AlCrFeCoNiCu高熵合金中发生了调幅分解，分为了

无序BCC相a

有序BCC相b

7-50nm的纳米沉淀c这是由于高熵合金中的迟滞扩散效应导致的，第二相颗粒成核容易但是由于扩散过程难以进行，第二相的长大很困难。同时也导致了调幅分解带的宽度很窄，只有纳米数量级。

原理：当多种元素混合的时候，其性质的增长，可以超过混合定律增长的幅度。鸡尾酒效应:比如，通过多种高熔点金属混合，可以得到更好的高温性能。四主元合金NbMoTaW和五主元合金VNbMoTaW，可以获得更好的高温性能。熔点高达2600℃在1600℃下屈服强度可达400Mpa。两种高熵合金和常用的两种镍基高温合金的对比。可以看到两种高熵合金虽然在低温下强度不如inconel718但是可以把强度保持到更高的温度，在800度以后两种高熵合金的强度都超过了inconel718，高熵合金主元数目越多，高温性能越好，五主元合金VNbMoTaW的性能明显好于四主元合金NbMoTaW高熵合金获取

原子体积差别（%）混合焓ΔHmix

S区：是单一固溶体区，在这个区中，原子尺寸的差别相对较小，同时ΔHmix并不是太负。S’区：主要是固溶体相，但是包含一部分的有序固溶体。Detla值较S区大一点，ΔHmix

值相对较负。C区：形成金属间化合物。

可见ΔHmix

过大或者过小，都会形成金属间化合物。B区：块体金属玻璃区，B2区是Mg、Cu基的块体金属玻璃，B1区是其他类型的金属玻璃。可见，其原子尺寸差别更大，ΔHmix

更负。要形成固溶体相需要ΔHmix

等于0或略小于0，同时原子尺寸差别尽量小。ΔHmix差别过大，会导致金属间化合物的形成因此高熵合金需要对元素进行仔细的挑选。高熵合金