传统合金系统约有30种，其在特性上已经达到相当高的境界，但在许多方面仍然无法满足设计的需求，所以近年来，有更多的努力欲寻求突破，开发出了一些新的材料。如介金属材料、金属基复合材料、金属玻璃和无铅焊锡等。 介金属材料主要为：NiAl、Ni3A1、Ti3Al、TiA1、FeAl、Fe3Al等。这种材料具有高刚性／密度比、高温强度／密度比以及抗氧化性能，但是它的延性和韧性都极差，因此开发了近20年，尚未能有具体突破，仅有极少量的应用；金属基复合材料是以Al、Ti、Ni为基材，氧化物及碳化物为强化相复合而成的金属材料。它具有高刚性、耐温性和耐磨性的优点，但是也有极为明显的缺点，如它的强化相难以均匀分布、含孔洞、低韧性，使用可靠度也比较低，因此未能取代钛合金及其他结构材料；金属玻璃和无铅焊锡也由于存在这样或那样的不足，未能大量使用于实际。
蓦然回首，长久以来，我们都在传统合金观念下配制合金、开发其工业、研究其微观组织结构性能以及开发应用，无形中也就限制了合金发展的自由度及空间。究其原因，主要是因为在传统合金观念下，虽然可以添加少量合金元素来提高和改善材料性能，但如果合金中成分过多，会产生金属间化合物和复杂相，导致合金性能恶化；也给材料的组织、成分分析以及材料的性能控制带来极大的困难。
在这种观念的束缚下，金属材料的发展似乎钻进了一条死胡同，能够做出的突破越来越少，与日新月异的科技发展速度越来越不匹配。因此解放思想，打破桎梏，成为了新型金属材料研究的新课题。
上世纪七十年代以来，在合金领域里，众多科学家和学者做出了三个较大的突破，即：多元素大块非晶合金、多功能的超弹塑性合金以及纳米结构的高熵合金的制备。高熵合金是以中国台湾国立清华大学以叶均蔚为首的学者们，通过多元素大块非晶合金的研究，首先跳出了传统合金的狭窄理念，于1996年提出新的合金设计理念，高熵合金从此出现在了世人的面前。作为三种新型材料之中最后提出来的高熵合金，目前可以说是一块尚未开发的全新领域。但毫无疑问的，这是一个极具学术研究价值及工业发展潜力的高新科技，通过研究该项科技，可研发出大量实用和高技术含量的新型金属材料。通过试验研究发现，高熵合金地制备，除了可以使用传统金属的加工工艺以外，还可以利用速凝法、机械合金化来制备。通过这2种方法所制备的高熵合金，其微观组织更倾向于形成纳米晶颗粒或是非晶结构。
与传统合金相比，高熵合金在以下特性中拥有更好的表现：(1)高硬度和良好的韧性；(2)良好的耐腐蚀性和耐磨性；(3)较高的耐温性和回火抗性；(4)良好的加工硬化性能。因此，高熵合金可以作为工程材料中多种其他合金的替代材料使用。
高熵合金的性能比传统合金具有较大优越性，但其微观组织和性能机理有待研究。开展这方面的工作，对于开发新型高熵合金材料，促进高熵合金在工业上的应用，具有十分重要的经济价值和社会价值。
1.3本课题研究主要内容
高熵合金的研究现在还处于初级阶段，无论是从理论上，还是从具体实验的设置及结果上，所出的成果还是很少。人们对高熵合金的合金化过程机理及其中涉及到的诸多科学问题，基本上还没有很好的认识和解释。对于怎样选择合金的元素种类，也没有科学的依据可循。此外，对高熵合金凝固后的微观组织结构、相的成分与合金的机械性能、物理性能和化学性能之间的关系，也还没有找到其间的规律性。因此有待于开展这方面的研究工作，探索其组织和性能的形成机理及其影响规律。
本文主要研究AlCrCoFeNi五主元合金的力学性能。选取原材料Al、Cr、Co、Fe、Ni，其纯度为99.5%以上，按摩尔比为1:1:1:1:1配置合金，用激光熔覆熔铸AlCrCoFeNi高熵合金。研究合金铸态与退火态的力学性能，主要做以下几方面的工作：
（1）选择日常使用的金属材料，研究其力学性能，比较不同配方的AlCrCoFeNiMoTixSiy高熵合金的力学性能，分析它们的力学性能优劣。改变热处理工艺，研究热处理工艺对材料性能影响。
（2）利用维氏硬度机测试合金的硬度。
（3）通过以上实验数据，分析合金的力学性能以及Ti、Si含量变化对合金力学性能的影响。
2 文献综述
2.1多主元高熵合金的定义
以中国台湾学者叶均蔚为首的一批材料学者，在经过大量实验，掌握了大量
数据的前提下，于1996年首次提出了新的合金设计理念，即多主元高熵合金，也称为多主元高混乱度合金。
一般把多主元高熵合金定义为：由n(≥5)种金属或金属与非金属，以等摩尔比或是近等摩尔比(各组元原子百分比不超过35％)经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。如下式所示： 2为n个主要元素的[n元合金系统]：5≤n≤13； 2每个主要元素的原子百分比：5％≤n≤35％； 2每个次要元素：n≤5％。
2.1.1固溶体混合熵
在热力学上，熵(entropy)是代表一个物质系统的混乱度的参数，如果混乱
度越大，熵就越大。一个物质系统中的原子振动组态、电子组态、磁矩组态、原子排列组态等都会影响系统的熵值，其中原子排列组态的影响最大，如果忽略其它组态对熵值的影响，则系统的熵以原子排列的混合熵为主。混合熵也称组态熵，组态熵随着合金中组元的组合方式的不同而不同，其反映合金中组元的组合方式，例如二元固溶体、空位固溶体与有序固溶体等组元组合方式不同，其组态熵也不同。熵(S)是热力学几率，组态熵 △S=KlnW。计算热力学几率，实际上是一个计算组合的问题，下面以二元置换固溶体为例进行计算。
设固溶体晶格中一共有N个结点，被A和B两类原子完全占据，一个结点上只能容纳一个原子，这两类原子的数目分别是NA和NB，现在计算这两类原子填充到结点上的组态数目。NA个结点被A类原子充填后，余下的NB个结点由B原子占据，
此时只有一种组合，所以求两类原子的填充组合实际上是求NA个原子占据N个结点的组合数，
（1.1）
一般N很大，例如1摩尔原子的晶体中，N就是阿夫加德罗常数6.0225310，所以计算阶乘时可以采用斯特林(Stirling)近似公式，即
N!N!=NInNNBNN?NBN ln?Sm?kln?Nk[-N ln?ln] （1.2） NA!NB!NNBNN?NB故组态熵为
（1.3）
23
?Sm??NkcBlncB?(1?cB)ln(1?cB)如果用摩尔分数表示成分，则上式为
（1.4）
式中，Nk=R=8．314J2mol2K，即气体常数；cB——摩尔分数，cB=NB/N。
cB与（1-cB）都是小于1的正数，故它们的对数都是负的，所以组态熵?Sm
为正值。
进一步推广，当固溶体由几种原子组成时，其组念熵?Sm(或混合熵?Smix)为
Smix=-R(c1lnc1+c2lnc2+??+cnlncn) （1.5） 当c1=c2??=cn，会得到很高的混合熵。
?-1-1
2.1.2 高熵合金的界定
如果合金的组元都是等摩尔比例，则根据式(1．5)，合金的混合熵随着合金主元的个数的变化而变化的趋势如图2-1，可见，随着合金元素个数的增加，合金的混合熵增加。台湾学者发现当合金的主元个数n≥5时，合金生成固溶体，不易出现金属间化合物，认为合金的混合熵起着很大的作用，所以用混合熵来划分合金世界。根据式(1．5)，若合金组元都是等摩尔比，则每摩尔的合金的混合熵S=Rlnn，n为主元个数，所以二、五主元合金的混合熵分别是：0.693R、1.61R，N!NA只有一个主元的合金的混合熵应该小于0．，而五主元以上的合金的混合熵N693RA!NB!
W?CN?
大于1．61R。以0.693R和1.61R为界线，可以把全部合金分为三大类，即低熵合金、中熵合金与高熵合金，以1个元素为主的合金为低熵合金，2～4个元素为主的合金为中熵合金，5个主元以上(包含5个)的合金为高熵合金，见图2-2。
图2-1合金的混合熵随合金主元个数的变化而变化趋势图