幾千年以來,人類一直把金、銀、銅、鐵和錫等金屬作為工具、器具、武器、飾品的主要材料。然而,純金屬的性能往往不能夠滿足生產的需要。工業革命之后的近百年來,人類開發了數量龐大的合金體系,材料加工技術更是飛速的發展,使人類的生活水平得到了明顯提升。
業界周知,傳統合金都是以一種金屬元素為主要元素,使其作為基本組元,再在此基礎上添加不同的合金元素以獲得具有某些特定性能,現在已經被人類廣泛應用的如鐵合金、鋁合金、鎂合金、鈦合金等。 隨著科技的發展,人類需求的提高,尤其是對太空、深海探測的渴望,人類對材料的物理和力學性能的要求越來越高,傳統合金、傳統制備方法已經很難滿足這種需求,合金面臨嚴峻的挑戰。然而,傳統合金體系的設計思想都是以一種或者兩種組元為基本組元,在此基礎上添加少量其它元素來改善其性能,這種設計思想導致合金的晶體結構、物理、力學性能皆受制于主元素,對合金的綜合性能有不利影響,多組元合金正是基于這種思考發展起來。
今天我們要聊的是具有突破傳統材料諸多性能極限、最具潛力的合金材料——高熵合金。
2004 年,臺灣學者葉均蔚提出了一種全新的合金設計模式,開創了金屬材料全新的研究領域—多組元高熵合金。這種設計模式打破了傳統合金的設計思想,即合金不再以單一元素為主,而是采用多種主要元素為基本組元。這種設計模式一經提出,便受到了學術界廣泛的關注與討論。
高熵合金被認為是最近幾十年來合金化理論的三大突破之一。是一個可合成、分析和控制的合金新世界,可以開發出大量的高技術材料,而且可以采用傳統的熔鑄、鍛造、粉末冶金、噴涂法及鍍膜法來制作塊材、涂層或薄膜,對于傳統的鋼鐵產業無疑是“柳暗花明又一村”。高熵合金通常包含 5 種以上的主要元素,各主元的原子分數在 5%~35% 之間,其組織和性能在許多方面有別于傳統合金。就實用性而言,若無法找到功能合適的傳統合金,高熵合金或許可以適用。
自高熵合金的概念提出之后,引起了人們對其研究的高度重視,由于高熵合金具有優異的力學性能、摩擦磨損性能、耐腐蝕性、耐高溫等性能,成為未來最有發展潛力的新型材料之一。
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