高熵合金綜述

《高熵合金綜述》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、Nature封面高爛合金：更強(qiáng)史韌史具延展性5月18日,Nature封面報(bào)道了新加坡自由撰稿人XiaoZhiLim的一篇題為《Mixcd-upmetalsmakeforstronger,tougher,stretchieralloys》（混合金屬制造更強(qiáng)、更韌、更具延展性的合金），介紹高爛合金相關(guān)進(jìn)展。高爛合金概念由臺(tái)灣科學(xué)家葉均蔚于1995年提出的。高爛合金含有多種主要元素，每種元素介于5%-35%之間。傳統(tǒng)金屬則是以一種元素為主，而高炳合金是多元素共同作用的結(jié)果。所以高爛合金是一種顛覆數(shù)千年以來的合金制備方法。與傳統(tǒng)合金相比，高嫡合金表現(xiàn)

2、出更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐腐蝕等等。但是，高爛合金的機(jī)理及其科學(xué)問題尚未得到很好的理解。目前的高爛合金體系也只是通過“雞尾酒”方法調(diào)配而成，還沒有科學(xué)系統(tǒng)的選擇合金元素的理論。以下是材料牛編輯整理的Nature文章內(nèi)容：咋眼一看，這個(gè)設(shè)備更像是在建造一個(gè)微型景觀。一圈噴嘴對(duì)從四個(gè)噴管噴出的金屬粉末加熱，形成往下的光束?；旌衔镞M(jìn)而凝聚成晶粒，形成一個(gè)逐步生長的柱狀合金。當(dāng)合金有2厘米高時(shí)，平臺(tái)將其托到-遍，設(shè)備接著建造另一個(gè)。整個(gè)結(jié)果看起來是…個(gè)摩天大樓模型。這些金屬柱子rh位丁Lowa的美國Ames國家實(shí)驗(yàn)室建造，它反應(yīng)了科學(xué)家們?cè)趯?duì)待合

3、金上的重大改變。制造合金的標(biāo)準(zhǔn)配方技術(shù)從遠(yuǎn)古鑄劍到制造現(xiàn)代制造發(fā)動(dòng)機(jī)引擎葉片一直在沿用，也就是將有用的金屬并混合一系列提升性能的東西，例如在鐵中加碳制成鋼。但Ames的設(shè)備正在制造高炳合金實(shí)驗(yàn)樣品，它由四個(gè)、五個(gè)，甚至更多的元素以嚴(yán)格的相同的比例混合而成。這種簡單的配方可以出產(chǎn)那些比傳統(tǒng)材料更輕、更強(qiáng)的合金，并且更耐腐蝕、耐輻照等等。最終，研究者們希望這個(gè)方法能夠出產(chǎn)與以往完全不同的磁性或電性能的合金，并形成新-代技術(shù)。北京科技大學(xué)新金屬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張勇認(rèn)為“我們幾乎已經(jīng)探索過傳統(tǒng)金屬的所有方面，而對(duì)于高炳合金這方面的研究是全新的。”高爛合

4、金詢未從實(shí)驗(yàn)室推廣到市場(chǎng)，不過有研究者們正在朝這方血努力，期望在高溫爐襯和超輕型航天材料等方面獲得潛在應(yīng)用O而這些領(lǐng)域同樣在中國、歐洲、美國等地獲得了資金支持。帕特森空軍基地實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)家DanielMiracle認(rèn)為我們并不是在談?wù)撘环N材料，而是上升到如何混合元素的哲學(xué)?！闭业叫露?dòng)的東西的機(jī)會(huì)是很高的。去年，他和同事們估計(jì)過從一組26個(gè)元素中，抽取3、4、5、6種金屬元素等量混合，可得到大約313560種合金。更大的數(shù)量的合金可以擴(kuò)展元素的選擇得到。但德國波鴻魯爾大學(xué)的材料丁?程師EasoGeorg認(rèn)為并不是所有的混合都能奏效?？茖W(xué)家

5、們?nèi)栽谘芯磕男┦怯行Ф男┎皇恰ＫJ(rèn)為“可探索的空間仍然是非常巨大的，而我們目前只看到一小部分宇高爛合金的想法是1995年Jien-WeiYeh提出來的。Yeh認(rèn)為，傳統(tǒng)合金的物理性能已經(jīng)得到了很好的研究，在原了層面上，純金屬有規(guī)律的晶體結(jié)構(gòu)，由理想原子…層堆-?層堆出。有時(shí)，這些層和互之間很容易滑動(dòng)，表現(xiàn)到金屬就是非常軟而不能用。這就是純金僅僅只能用在珠寶上。但是金屬中添加了不同原了尺寸的元素之后，加入者隨機(jī)地阻止原子層，降低了滑動(dòng)趨勢(shì)，從而創(chuàng)造了更硬的合金。精確的混合物可以讓冶金學(xué)家調(diào)控諸如腐蝕性能或者熔點(diǎn)等等性能。但是Yeh同樣提示了潛

6、在的復(fù)雜性。如果太多的元素加入進(jìn)去,原子相對(duì)于層而言不再隨機(jī)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成主要金屬原子，成為規(guī)律性排布，讓混合物變脆。因此，這給了他一個(gè)觀點(diǎn)，與其一種主要材料混合少量的一到兩個(gè)元素，為什么不用四到五個(gè)甚至更多的元素以相同的比例混合？不同的原子有大量的可能性排列，從而導(dǎo)致錯(cuò)亂，或者高嫡，如此消除了任何形成規(guī)律性能晶體結(jié)構(gòu)的傾向。因?yàn)槊恳环N隨意的混合元素都是不同尺寸的，不太可能相互滑動(dòng)，從而創(chuàng)造出非常硬的材料。當(dāng)然，這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)很奇怪的想法，即使在自己的實(shí)驗(yàn)室Yeh也未將之放到一個(gè)很高的優(yōu)先級(jí)上。直到2004年他的研究團(tuán)隊(duì)第一次報(bào)道了混合五到十種

7、元素，得到的合金比不銹鋼更硬。其他團(tuán)隊(duì)也在同期宣布得到了相近的結(jié)果。選擇太多了高爛合金領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。在2009年張勇報(bào)道了一種含鉆、銘、銅、鐵、銀、鋁的合金，比純鋁強(qiáng)十四倍，韌性是將近三倍。2011年，Yeh報(bào)道了鉆、鋸、鐵、鐮、鋁、鈦合金的抗磨性能是普通抗磨鋼的兩倍。2014年，George及其團(tuán)隊(duì)研究的鉆、鋸、鐵、鎂、鎳合金在液氮溫度下也不會(huì)變脆。這個(gè)材料在低溫設(shè)備、天然氣管道和航天器等低溫設(shè)備上使用。大量的可能性是高爛合金的優(yōu)點(diǎn)，但也是研究者們最大的挑戰(zhàn)。Miracle認(rèn)為，元素周期表上超過80種合金元素，有太多的合金而無法一一測(cè)

8、試，也沒有足夠的時(shí)間。在為航空器引擎和航天框架研究高爛合金，他在搜尋更輕、更耐腐蝕，并能在高溫下保持強(qiáng)度。經(jīng)過大量測(cè)試，Miracle將范圍縮小到銳、袒、錚等金屬，