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金的元素种类较多，一般要熔炼3~4次，以保证合金成分的均匀性。
铜模铸造法是利用气体压力差将合金熔体快速注入水冷铜模，获得所需形状铸件的方法。铜模铸造法具有所需控制工艺因素少，合金冷却速度快等特点。其实验原理如图1-3所示，在铜模顶部凹槽内放置母合金，然后对整个炉腔抽真空(至2×10-3Pa)关上阀门1，打开阀门2，对整个炉腔充入氩气后关闭阀门2。利用电弧加热母合金，待其完全融化后，打开阀门3，将铜模空腔与真空泵连通，利用炉腔与铜模空间之间的压力差将合金熔体快速吸入水冷铜模，使熔体快速冷却而形成一定形状的铸锭。
图2-3 铜模铸造法制备高熵合金示意图
2.2.2高频感应炉加热熔炼
熔炼中要加入适量的净化剂，用于净化除去金属液中氧化渣并对金属液起保护作用，防止金属在熔炼过程中过多的氧化。在浇注前应将金属液静止一段时间，以利杂质的浮起和金属液成分的均匀，最后将净化剂捞出，以防止在金属液浇注过程中氧化渣难以浮起，凝固于合金中，影响金属合金的性能。为了减少熔炼工程的金属元素的氧化量，各种成分元素的添加应具有一定的顺序，例如容易烧损金属铝，应待其他金属熔化后再加入到熔炼坩埚中。
2.2.3其他熔炼方法
此外高熵合金还可以用机械合金化法和真空熔体快淬法等[31-41]。机械合金化(MA)是一种非平衡态粉末固态合金化方法，其特点突出表现在材料制备过程中的非平衡性和强制性; 高熵合金薄带的制备方法主要是真空熔体快淬法,其基 本的工作原理是：将预先熔炼得到的铸锭装入石英管进行二次熔化，这个过程在
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封闭的保护气氛或真空下进行，然后将融化的过热液态合金喷射到按照设定转速旋转的水冷铜模上，合金被快速冷却而形成薄带。这种方法具有极高的冷速，可以使多种金属及合金形成非晶态结构，所制备的非晶薄带具有特殊的力学及物理性能。
2.3高熵合金的特点及性能
鉴于高熵合金拥有特殊的理论依据和设计理念，因此高熵合金与传统合金相比也拥有与众不同的特点，下面进行总结：
(1)高熵合金倾向于形成简单相结构的BCC或FCC固溶体。根据吉布斯自由能公式所示：
?Gmix??Hmix?T?Smix
式中T为热力学温度，Hmix为混合焓，Smix为混合熵，Gmix为吉布斯自由能。由公式很容易看出混合焓和混合熵之间的关系是相互对立、相互制约的，合金自由能便是它们结合的产物。简单BCC和FCC结构固溶体的形成需要较低的自由能，而高熵合金的混合熵很高，这就使得合金的自由能极低，合金最终倾向于形成简单固溶体相。
(2)高熵合金仅在铸态或是完全回火态下就会析出纳米晶颗粒。这是因为 高熵合金在熔炼时，各元素熔化后的原子混乱排列，凝固时这些原子很难进行扩散和再分配，这就有利于在合金基体内部形成纳米晶颗粒。
(3)高熵合金拥有极大的混乱度，特别是在高温下，其混乱度将会变得更大。根据合金自由能越低，则合金系统越趋于稳定的原则，高熵合金在高温下的稳定性依然极高，固溶强化依然存在，因此合金拥有极高的高温强度。研究表明，高熵合金在1000℃的高温下进行长时间(约12小时)的热处理后，硬度不降反升，与传统合金形成了鲜明的对比，如下表2-4所示。
Alloys CuTiVFeNiZr
AlTiVFeNiZr MoTiVFeNiZrCo CuTiVFeNiZrCo AlTiVFeNiZrCo MoTiVFeNiZrCo CuTiVFeNiZrCoCr AlTiVFeNiZrCoCr
Hardness(HV) as-cast
590 800 740 630 790 790 680 780
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Hardness(HV) annealed
600 790 760 620 800 790 680 890
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MoTiVFeNiZrCoCr 316 Stainless Steel 17-1P Hstainless Steel
Hasetlloy C Stellite 6 Ti-6Al-4V 850 189 410 236 413 412 850 155 362 280 494 341
表2-4高熵合金与传统合金回火比较
(4)高熵合金以简单BCC和FCC结构固溶体存在时，由于组成元素之间在原子半径、晶体结构等方面存在差异，高熵合金的固溶强化会产生强效，导致位错在合金内部难以进行，因此合金硬度和强度都较高：而当高熵合金以非晶结构存在时，更是不存在位错，因此合金性能更强。
(5)高熵合金的主要组成元素至少5种以上，合金的晶格扭曲情况十分严重，因此合金的物理、化学性能以及机械性能也将会产生极大的变化。
(6)高熵合金中总有一些元素，如Al元素，会使合金产生致密氧化物，而高熵合金通常都具有纳米晶、非晶、单相、低自由焓的特性，因此高熵合金的耐腐蚀性能比传统合金更为优秀。
2.4多主元效应
高熵合金之所以微观结构上具有简单结构的固溶体，不倾向于出现金属间化合物，倾向于纳米化，甚至非晶；性能上，具有高的强度、硬度与加工硬化性，耐高温氧化与软化，具有良好的耐磨与耐蚀性，电阻率高等优于传统合金的特征，是因为这些结构与性能特性都源于高熵合金具有多主元效应，具体表现如下几个方面。
2.4.1高熵效应
对高熵合金的研究表明，当合金由多种主要元素组成时，将产生高熵效应，形成具有体心立方或面心立方等简单晶体结构的固溶体相。这种现象可以根据Gibbs自由能方程解释：
ΔGmix =ΔHmix-TΔSmix 当混合焓改变不大时，混和熵越高，Gibbs自由能越负，体系的相越稳定，由此表明，具有高熵状态的固溶体形态可能是高熵合金的稳定态。混合熵与混合焓处于相互竞争的地位，在高温阶段混合熵起主导作用。因此，随机互溶状态下高熵
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合金较大的混合熵就会相当程度地扩展端际固溶体或金属间化合物的溶解范围，从而形成简单的多组元互溶相，这种情况在高温阶段尤为明显。高的混合熵增进了元素间的相容性，避免发生相分离而导致端际固溶体或金属间化合物的生成。
2.4.2 晶格畸变效应
高熵合金包含五种以上主要元素，因为各种元素的原子尺寸大小都不一样，如图1-4，包含多种元素的晶格严重畸变，产生强大的晶格畸变能，如果晶格畸变能太高，将无法保持晶体的构型，畸变的晶格将会坍塌而形成非晶相。晶格畸变大大影响合金的物理化学性能，如导致固溶强化，影响合金的导电性、磁性、导热性等。
图2-5 六主元合金的原子排列
2.4.3缓慢扩散效应
高熵合金的铸态微观组织倾向于纳米化与非晶，主要原因与动力学有关。因为相变取决于合金中不同元素原子的协同扩散与不同相的平衡分离。在高熵合金的铸造过程中，液-固相变时，多个元素间的协同扩散更为困难，而且严重的晶格畸变将减缓元素的扩散速率，故高温时相的分离很缓慢，甚至被抑制而延迟到低温，这是铸念的高熵合金出现纳米析出物的根源。如果铸造时冷却速率很大，原子这种缓慢的扩散将抑制晶核的形成，合金将形成非晶质。
2.4.4鸡尾酒效应
鸡尾酒的英文名称是Cocktail，是一种以蒸馏酒为酒基，再配以果汁、汽
水、矿泉水、利口酒等辅助酒水，水果、奶油、冰淋、果冻、布丁及其他装饰材料调制而成的色、香、味、形俱佳的艺术酒品。它兼具了酒与果汁的长处，而淘 汰了自身的缺点。勾兑出效应，融合成优势——这被人们称之为“鸡尾酒效应”。
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对于高熵合金出现的各种优良的结构与性能，S.Ranganathan称之为“Multimetallic Cocktails” ，也就是说这种新型的合金也有“鸡尾酒效应”，因为合金包含有多种元素，各种元素之间相互作用，兼具了各种元素的基本特性，又淘汰了各自的缺点，呈现出一种复合效应。可以通过添加或改变某些元素的含量，改善合金的微结构，加强其在合金中的特性，在不损害合金的性能的基础上提升合金的某些性能。例如添加B元素可以提高合金的耐磨性与高温压缩性能；Co、Cu、Ni元素促进FCC结构的生成，而Al、Cr促进BCC结构的生成，影响合金的强度。
2.5高熵合金的应用领域
(1)高速切削用刀具
高熵合金具有较高的硬度和耐磨性。多数高熵合金的铸态组织硬度为600～900H V，相当于或者大于碳钢及合金碳钢的完全淬火硬化后的硬度；改变合金元素的含量，还可进一步提高合金的硬度。而且高熵合金还通常表现出很高的耐热性，例如，Al0.3CoCrFeNiC0.1高熵合金在700～1000℃时效处理72h后，合金硬度非但没有下降，反而有不同程度的提升。普通高速钢，如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2的有效切削加工温度在600℃以内，温度再高，刀具会明显钝化。此外，高速钢刃具在获得高硬度、高耐磨性的同时，牺牲了钢材的塑性及韧性，使刀具常常出现折断、崩刃等失效形式。
而高熵合金在获得高硬度的同时，具有较好的塑性、韧性。例如，FeCoNiCrCuAl0.5经50％压下率冷压(即冷压合金时的塑性变形量达到50％)后，非但没有出现任何裂纹，反而在枝晶内部出现了纳米结构，大小约数纳米到数十纳米，合金硬度得到进一步提升；AlCoCrFeNiTi1.5在32％以内的压下率内冷压，也表现出非常好的延展性。这么大比例的压下率，对于高速钢来说是不可想象的。故而高熵合金应用于高速切削刀具的制造具有明显的优势。此外，磁控溅射法制备高熵合金镀膜的成功，可以在普通钢制刀具表面镀上一层高熵合金薄膜，镀膜厚度在2．5um以内。这样一来，既可以获得良好的切削加工性能，又能节约成本。 (2)各类工具钢和模具钢
高熵合金具有高硬度、高耐磨性、高强度及优良的耐高温性能、耐蚀性，使之非常适合制备各类工、模具，尤其是挤压模和塑料模。例如A1CoCrFeNiTi1.5的抗压强度高达2.22GPa，含有Cr或Al的高熵合金具有高达1100℃的优异抗氧化
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