1、提升高熵合金耐磨性能以及熱穩定性

東南大學孫文文教授團隊在FeCoNiTi基高熵合金中提出了一種通過經典共析轉變（A→B+C）而形成的珠光體結構，用以提升珠光體組織在室溫以及一系列高溫環境下的耐磨性能以及熱穩定性。與鋼鐵材料的相變相似，高熵合金中也可以發生共析反應而產生珠光體結構，共析轉變發生于500°C至650°C，共析反應為FCC→BCC+Ni3Ti， 片層結構由BCC相和Ni3Ti相片層交替排列而成。由于高熵合金中的遲滯擴散效應導致高熵珠光體的片層狀結構比鋼中珠光體更精細，因此珠光體高熵合金的硬度更高且在500°C和550°C時具備良好的熱穩定性。同時 ，與鋼中的珠光體結構類似，多主元珠光體的片層間距也隨共析轉變溫度的升高而增大，同時硬度隨片層間距的增大而降低。該珠光體高熵合金不僅在室溫下具備優異的耐磨性能（磨損率~2×10-5mm3/Nm），在550℃與600℃的環境下耐磨性能依然良好（磨損率<3×10-5mm3/Nm），多主元珠光體在室溫及高溫下磨損率低于相同溫度下一系列高速鋼或已開發的耐磨多主元合金。磨料磨損是該高熵合金在室溫下的主要磨損機制，磨損速率與硬度呈典型的負相關關系，符合Archard定律。氧化和剝層磨損是該合金在高溫下的主要磨損機制，這是因為在磨痕表面形成了致密的保護性氧化層，以及具有足夠熱強度和熱穩定性的高加工硬化納米再結晶層。因此，高熵合金中的珠光體結構是一種值得進一步研究和優化的具有極端環境應用前景的高性能結構，同時該研究為耐磨多主元合金的開發提供了新的思路。研究成果以“A new strong pearlitic multi-principal element alloy to withstand wear at elevated temperatures”為題發表在Acta Materialia。

2、超彈抗極溫高熵艾林瓦合金

香港城市大學楊勇教授課題組與內地，臺灣，法國以及美國的課題組合作，通過熔煉-銅模鑄造和定向凝固等方法設計并制備了成分為Co25Ni25(HfTiZr)50（原子比）的復雜成分合金。盡管這種合金的平均原子尺寸差達到了11%，應當形成多相或非晶結構，然而結構表征實驗結果顯示這種合金為單相B2結構。根據DFT模擬結果與STEM結果，這是由于原子尺度的化學有序性吸收了原子尺寸差異的影響。由于晶格畸變阻礙了位錯移動，使得該合金在不發生相變的前提下表現出高強度，超高彈性極限（~2%），與超低能量耗散。相比于其他合金材料，該合金表現出獨特的艾林瓦效應：隨著溫度升高，該合金的楊氏模量不但沒有下降，反而有微幅提高。根據分子動力學模擬結果，Co25Ni25(HfTiZr)50的艾林瓦效應來自于一種新的非相變機制：即熱膨脹和結構無序性下降效應的相互抵消。該成果以題為“A highly distorted ultraelastic chemically complex Elinvar alloy”發表在Nature上。

3、具有優異強度和延展性的梯度結構高熵合金

高熵合金 (HEA) 或具有多種主要元素的合金具有近乎無限的多組分相空間，可導致不尋常的機械性能，如良好的強度和延展性，高的加工硬化，以及特殊的損傷容限。此外，工程的空間異質微觀結構由分級粒度，納米簇等等還可以允許HEA與實現優異的性能，類似于在傳統異質結構金屬材料中實現的那些。然而，對于大多數HEA而言，傳統金屬材料的持久強度-延展性悖論仍然存在。鑒于此，中國科學院金屬研究所盧磊研究員在具有面心立方結構的穩定單相HEA中可控地引入了梯度納米級位錯胞結構，從而在不明顯損失延展性的情況下提高了強度。在施加應變后，樣品級結構梯度會逐漸形成高密度的微小堆垛層錯 (SF) 和孿晶，從豐富的低角度位錯單元中成核。此外，SF誘導的塑性和由此產生的精細結構，加上密集積累的位錯，有助于塑性、強度增加和加工硬化。這種合金是一種經過充分研究的模型材料，具有6到21mJ/m2的局部變化SFE 。在初始施加拉伸應變時，在GDS HEA 中發現了意外且極高密度的微小堆垛層錯(SF)、孿晶形核和堆積主導的塑性變形。與其他 HEA相比，這一特征導致了具有吸引力的強度和延展性。相關研究成果以“Gradient cell-structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility”為題在線發表在Science。

4、高熵合金基高溫太陽能光譜選擇性吸收涂層

中國科學院蘭州化學物理研究所副研究員高祥虎、研究員劉剛帶領的科研團隊通過組分調控、構型熵優化和結構設計，制備出系列高熵合金基高溫太陽能光譜選擇性吸收涂層。前期，研究人員設計出一種由紅外反射層鋁、高熵合金氮化物、高熵合金氮氧化物和二氧化硅組成的彩色太陽能光譜選擇性吸收涂層，其吸收率可達93.5%，發射率低于10%。研究人員發現，單層高熵合金氮化物陶瓷具有良好的本征吸收特性，因此制備出結構簡單的涂層。以高熵合金氮化物作為吸收層，SiO2或Si3N4作為減反射層得到的涂層吸收率可達92.8%，發射率低于7%，并可在650°C的真空條件下穩定300小時。近期，為進一步提升涂層吸收能力，研究人員選用不銹鋼作為基底，低氮含量高熵合金薄膜作為主吸收層，高氮含量高熵合金薄膜作為消光干涉層，SiO2、Si3N4、Al2O3作為減反射層，形成了從基底到表面光學常數逐漸遞減的結構。研究通過光學設計軟件（CODE）進行優化，利用反應磁控濺射的方法制備，提高了制備效率。涂層吸收率可達96%，熱發射率被抑制到低于10%。研究人員通過時域有限差分法（FDTD）研究了涂層光吸收機制。長期熱穩定性研究表明，高熵合金氮化物吸收涂層在600°C真空條件下，退火168小時后仍保持良好的光學性能；計算涂層在不同工作溫度和聚光比的光熱轉化效率發現，當工作溫度為550°C、聚光比為100時，涂層的光熱轉化效率可達90.1%。該圖層顯示出優異的光熱轉換效率和熱穩定性。相關研究成果發表在Journal of Materials Chemistry A、Solar RRL、Journal of Materiomics上。

5、制備FCC單相結構的高熵合金納米顆粒

東北大學材料科學與工程學院李逸興博士利用直流電弧等離子體放電方法制備一系列過渡族金屬元素高度混溶的合金納米顆粒，通過水蒸發速率測定結合密度泛函理論計算驗證，證實上述納米顆粒具有優異的光熱轉換效率和應用前景。借助球磨輔助制備的微米級高熵合金作為前驅體，本工作使用直流電弧等離子體放電方法成功獲得了具有FCC單相結構的高熵合金納米顆粒，其元素最大混合數量達到了7種且元素分布均勻。對于上述材料進行的光熱轉換性能的測試表明，材料在250至2500 nm的光譜上表現出了96%的吸收特性，同時在1個模擬太陽光能量下，材料的水蒸發性能隨元素的增加同步增強，在7元納米顆粒中，材料的蒸發速率為2.26 kg m-2 h-1，轉化效率為98.4%，展現出了優異的光熱轉換特性。研究成果以“High-Entropy-Alloy Nanoparticles with Enhanced Interband Transitions for Efficient Photothermal Conversion”為題發表在Angewandte Chemie International Edition。

6、新型輕質高強、低成本共晶高熵合金

開發在高溫下具有優異性能的輕質、低成本的結構材料一直是研究人員追求的方向。迄今為止，廣泛用于燃氣渦輪發動機和航空發動機的傳統鎳基高溫合金的最高使用溫度已達到其熔點的80%。因此，這些高溫合金已無法滿足工作溫度進一步升高而產生的更嚴苛的使用要求。共晶高熵合金(EHEAs)結合了高熵合金(HEAs)和共晶合金的優點，并表現出可控的、接近平衡的微觀結構，可以抵抗溫度變化直至共晶點，是高溫下應用的絕佳候選者。EHEA具有良好的可鑄性，可以通過直接鑄造制成工業規模的鑄件。因此這種EHEA因其卓越的強度和延展性而受到關注。大連理工大學盧一平團隊開發了一種質輕且成本低的大塊共晶高熵合金，鑄態表現出更高的室溫、高溫硬度和比屈服強度，性能高于大多數已有報道的EHEAs、難熔HEAs和傳統合金。相關論文以題為“A novel bulk eutectic high-entropy alloy with outstanding as-cast specific yield strengths at elevated temperatures”發表在Scripta Materialia。

7、高熵合金和不銹鋼的異種焊接

近幾年，由于內部多組元元素的固溶，使得高熵合金具有獨特的熱力學性能，逐漸成為各個領域的研究熱點。在異種結構的連接中，焊接作為作為目前唯一的關鍵工藝，可用于連接具有不同性能的材料，制備出形狀復雜的整體材料。目前，對CrMnFeCoNi高熵合金的可焊性研究大多局限于同種材料焊接，對異種材料的焊接性研究尚不多見。一般來說，一種材料的熱連接過程中有害相的析出損傷了整體結構件的力學性能。了解焊接熱循環對異種焊接接頭組織的影響是優化性能、防止缺陷產生或有害相形成的關鍵。高熵合金與異種金屬材料的焊接迄今為止含有報道。葡萄牙新里斯本大學的J.P. Oliveira團隊研究了一種CoCrFeMnNi高熵合金與316不銹鋼的激光焊接工藝。獲得了無缺陷接頭。過耦合電子顯微鏡、高能同步x射線衍射、力學性能評估和熱力學計算，對焊接接頭的微觀組織演變進行了評估和合理化分析。研究表明：熔合區顯微組織為單一的FCC相，硬度有明顯的提高。這些結果可以歸因于形成了新的固溶體。此外，不銹鋼熔煉時在熔合區加入碳也有助于強化效果。焊接接頭具有良好的力學性能，斷裂發生在熔合區。相關論文以題為“Dissimilar laser welding of a CoCrFeMnNi high entropy alloy to 316 stainless steel”發表在Scripta Materialia。

8、共晶魚骨高熵合金

在人造的韌性材料中，一些諸如裂紋之類的微觀損傷就能降低材料的服役壽命。像骨骼這類的生物復合材料，因其具有精細的多級微結構，可以很好地抵御裂紋，但卻不具有高的延展性能。現在，有一項研究成功化解了這種互不兼容的矛盾。

上海大學鐘云波教授團隊聯合北京科技大學王沿東教授團隊合作，展示了一種定向凝固的原位復合材料-共晶高熵合金（EHEA），成功地協調了裂紋容限和高延伸率。可控凝固后的共晶高熵材料呈現出一種新型的多級共晶魚骨結構，能夠實現仿生的多級裂紋緩沖。這種效應結果誘導了穩定、持續、沿晶體學跡線生長的微裂紋，因而在塑性差的共晶層片中形成了高密的多重微裂紋。驚訝的是，相鄰的動態應變硬化韌性共晶層片可以施加給這些裂紋一種多級的裂紋緩沖效應，因而有效地避免了裂紋不可控的災難性生長和破壞。研究的自緩沖共晶魚骨高熵材料產生了超高的均勻拉伸延伸率（約50%），是傳統不具備緩沖能力EHEAs的3倍，且沒有犧牲強度。

這項成果以題為“Hierarchical crack buffering triples ductility in eutectic herringbone high-entropy alloys”發表在了Science。上海大學為第一署名單位，上海大學鐘云波教授、德國馬克斯-普朗克研究所D. Rabbe教授和北京科技大學的王沿東教授為共同通訊作者，鐘云波教授指導的上海大學18級博士生時培建為第一作者。