四川建筑职业技术学院材料工程系的邱星武使用激光熔覆法在Q235钢基体上成功制备了A1FeCoCuCrNiTi高多主元高熵合金涂层。并利用金相显微镜观察其组织,用SEM观察显微组织,并配和能谱仪(EDS)对该合金图谱某点成分进行分析;根据X射线衍射仪分析的图谱对激光熔覆试样进行物相分析,判断组织成分;采用显微维氏硬度计测定合金样品的硬度,用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验研究材料的耐磨性,电化学工作站测试了高熵合金样品的耐腐蚀性能。实验的结果显示,此高熵合金式样三部分组成,包括熔覆区、结合区及热影响区,其中熔覆层与基体结合良好,等轴晶、纳米晶及白色细小晶体是熔覆区的主体组成部分,高的混合熵使得材料形成简单FCC和BCC结构,表面硬度大幅度上升;涂层在lmol/L的NaOH溶液和3.5%的NaCl溶液中体现出良好的耐腐蚀性能;材料涂层的耐磨性随着Ni含量的增加,出现了险增加后减小的趋势[12]。
目前,国内外的学者对于高熵合金的研究主要集中在对于其制备方法的研究,针对不同的合金系统,研究各元素的含量与热处理方式对于合金系统显微结构与合金性能的影响。对于性能的研究也局限在常规力学性能上,如强度、硬度与耐高温和腐蚀等。从研究所得的成果来看,台湾清华大学处于领先地位。
高熵合金的前景展望
高熵合金由不同的主元素可以组成成千上万不同的合金系统,可以为我们发现新材料提供许多的机会,同时高熵合金又具有比传统合金更加优越的性能,也可以通过热处理或成分设计对合金进行强化,这使得高熵合金具有非常广泛的应用前景与巨大的潜能。高熵合金具有许多优异的性能,可被应用到许多领域。
高熵合金有高的强度和硬度,好的耐高温和耐腐蚀性能,使得高熵合金在刀具、工具和模具等方面有巨大的应用前景;通过使用不同的元素制备高熵合金,可以制备出化学稳定性能好的合金,为生产耐空气与海水腐蚀和耐酸碱腐蚀工件提供了更多的材料选择;还可以通过表面处理技术,把具有某种特定性能的高熵合金附着在基体表面,从而达到改善基体性能的目的;高熵合金在电磁方面的研究已经越来越深入,高熵合金在高频变压器和各种电力设备上也具有很大的应用潜力。
高熵合金凭借其优异的性能,其实际的应用也非常广泛。如高尔夫球的打击面,钢管的硬面;船和舰的高强度耐腐蚀材料;涡轮叶片和高温炉的耐高温材料;超高楼层的耐火骨架;高频变压器和高频软磁薄膜等。高熵合金的应用前景与潜力是多元化的,所以其面向的产业领域也是多元化的。因此,高熵合金的应用前景是十分乐观的。
从高熵合金的性能特点已经知道高熵合金具有高的强度和硬度,比传统合金更加优秀的耐腐蚀和热稳定性,因此可能在将来取代传统合金作为主要制作刀具,刃具和轴承的材料;同时通过选用不同的元素来制备高熵合金,以及改变各元素在合金中的含量,可以制备出成千上万种高熵合金,因此可以找到比传统合金化学性能更好的合金,为耐海水腐蚀,耐酸碱腐蚀等要求具有良好耐腐蚀性能性能的材料提供更多大的选择。利用高熵合金的鸡尾酒效应可用来开发高效的储氢合金,还可以在基体的表面涂上具有特定性能的高熵合金涂层,来改善基体的性能;随着高熵合金在电磁领域研究的深入,在未来具有良好电磁性能的高熵合金可能会应用到微电子和介电设备上。