截止到2015年,合金的种类已经多达几十种,但是大多数合金都是由单一元素加少量其它种类的元素配比而成。目前应用比较广泛的是铁碳以及铝合金。由几种到十几种金属元素或非金属元素(每种元素含量为5%~35%)进行等摩尔配比,然后经过高温处理后而行成的新型金属材料被称为高熵合金。由多种元素以等摩尔比构成的合金,其体系的混合熵Smix最大,ΔSmix=Rlnn。一般情况下,高熵合金即为Smix≥1。61R(即n≥5)。合金的吉布斯自由能Gmix与混合熵Smix的关系为Gmix=Hmix-TSmix。当Hmix,T恒定时,Smix的增大会极大的降低合金体系的吉布斯自由能,合金体系会变得更加稳定[21],并且会率先产生体心立方结构(BCC)和面心立方结构(FCC)等高熵固溶体,却不会形成脆性金属间化合物。80632
最近几年刚兴起的一种新型合金材料——多主元高熵合金,改变了传统合金的只以一种或两种金属元素为主的设计框架是其最大的特点[22-23],从而发展出了一种全新的合金。以5种或多于5种主要元素按照等摩尔比或近等摩尔比经过熔炼、烧结或其它方法组合而成的具有金属特性的材料称为多主元高熵合金。高熵效应的产生主要是由于元素的增多,晶体结构容易生成简单体心或简单面心结构[24]。同时可能还会生成晶间化合物,甚至在铸态时就会有纳米晶析出。这一系列变化起到了固溶强化、沉淀强化和弥散强化的作用,使高熵合金的性能比传统合金更好[22-25]。
早在1995年台湾国立清华大学的叶均蔚教授课题组已经开始研究多主元高熵合金的相关内容[26],但是他们的研究成果一直到了2004年才首次在《AdvancedEngineeringMaterials》期刊上公开发表,并且多主元高熵合金的概念也首次被提出来[27]。在相同的时间段里,牛津大学的CantorB。等人[28-31]则从非晶合金的角度出发对论文网
(Ti33Zr33HF33)100xy-(Ni50Cu50)xAly合金(其中x=20~70at。%;y=20~70at。%)和(Ti,Zr,H,F,N,B)-(Ni,Cu,Ag)-Al系合金进行了一系列相关研究。他们用性质差不多的几种元素取代了一个固定的组元,主要是由于他们的设计思路仍然采用的传统合金的设计。但是多主元高熵合金的设计思路,则完全开拓了一个全新的合金材料领域,完全创新了原有的合金设计框架。
高熵合金的概念刚刚公布出来很快就引起了国内外大量科学家和学者的重视,他们迅速投入了大量的精力对高熵合金做进一步的研究,并且研究发现了许多有关高熵合金的性能、组织等的新结论。CoCrCuFeNi[32-33]、AlCrFeNiCo[34-36]等高熵合金系是现在研究报道较多的。