高熵合金性能** 未來發(fā)展空間巨大-易金新材料

時(shí)間：2020-11-03作者：北京易金新材料科技有限公司瀏覽：99

1概述

高熵合金是一種創(chuàng)新型材料，由五種或五種以上類型的金屬元素制備而成。由于機(jī)械性能**，這些材料在冶金、材料和工程科學(xué)領(lǐng)域一直備受關(guān)注。韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的學(xué)者解釋了高熵合金的創(chuàng)造過程，以及它們的影響力如何**出了冶金學(xué)的范疇。

人類通過適時(shí)調(diào)節(jié)，挑戰(zhàn)周圍不斷變化的環(huán)境，創(chuàng)造出了文明。在特大城市里，車輛駛過高層建筑群，火車穿過長(zhǎng)橋，飛機(jī)飛過天空，劃過一道白線，這些就是現(xiàn)代文明的典型特征。工具的使用和進(jìn)化提升了工業(yè)生產(chǎn)率，帶動(dòng)了人類社會(huì)的擴(kuò)張，進(jìn)而產(chǎn)生了人類文明的發(fā)展。材料在提升工具效率方面正發(fā)揮著較為重要的作用，因而也成為了決定文明發(fā)展不同階段的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。制作工具的原材料可以輕易在自然中找到，例如：木材、稻草和石頭等這類常見材料。采用金屬制成的物體和工具較為常見。由于形狀復(fù)雜，而且需要火源從原料中冶煉金屬，因此，采用金屬制造工具的起步較晚。不過，由于強(qiáng)度和成型性**，金屬在當(dāng)今工業(yè)社會(huì)已經(jīng)成為了較重要的材料之一。在不同金屬中，鋼材由于**資源豐富，而且僅需相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)高成型性，因此一直發(fā)揮著主導(dǎo)作用。正因如此，鋼材的生產(chǎn)和消費(fèi)可被視作是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的指標(biāo)。

2“位錯(cuò)”開啟了冶金學(xué)的全新篇章

金屬通常在室溫凝固。可以設(shè)想一堆工業(yè)碎片如何組裝

成一個(gè)單一的大型物件。許多固體都是通過對(duì)稱結(jié)構(gòu)（如：立方體）的規(guī)則配置形成的，而這些對(duì)稱結(jié)構(gòu)是由原子通過無限重復(fù)的團(tuán)組成的，填滿了三維空間，這也被成為晶體結(jié)構(gòu)。眾所周知，金屬晶體中原子間的作用力是弱于其他固體形態(tài)的。而且一種晶體結(jié)構(gòu)通常含有晶體缺陷，這些缺陷并不是按照正常規(guī)律排列的。在這些缺陷中，“位錯(cuò)”較大地影響了晶體結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。

位錯(cuò)中，原子之間的空隙產(chǎn)生了一條長(zhǎng)的直線。在金屬的敲打、彎曲或拉伸過程中，就會(huì)在金屬內(nèi)產(chǎn)生位錯(cuò)，而且還會(huì)重新排列。這是因?yàn)榻饘俟腆w原子之間的相互作用力較低，之前存在的化學(xué)鍵會(huì)輕易斷裂并形成新鍵。換言之，

可以通過調(diào)整位錯(cuò)的排列，而且通過施加作用力就可以產(chǎn)生新的形式。另一方面，其他固態(tài)物質(zhì)的強(qiáng)鍵結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)，比如鹽，由于不會(huì)被外力輕易破壞，因此很難改變它們的形狀。

3有效控制“位錯(cuò)”是冶金學(xué)家的夢(mèng)想

開發(fā)堅(jiān)硬的、牢不可破的，同時(shí)兼具延性的材料是冶金學(xué)家長(zhǎng)久的夢(mèng)想。需要考慮的關(guān)鍵問題就是如何控制金屬內(nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。通過混合兩種或以上的原子，形成一種合金，就可以制備出不同的金屬材料，它們的性能取決于原子的比率和制造工藝。

韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司成功投入商業(yè)化生產(chǎn)的千兆鋼就是一種高強(qiáng)鋼，設(shè)計(jì)開發(fā)出了一種孿晶結(jié)構(gòu)，左邊和右邊相互對(duì)稱，就像鏡面一樣，或者通過控制位錯(cuò)，在塑性變形過程中改變了晶體結(jié)構(gòu)，它可以被視作是一種高**的金屬材料。

4追趕常規(guī)的束縛

金屬材料潛力巨大，而冶金學(xué)家則善于發(fā)掘這些潛力。在近年冶金學(xué)研究的巨大成就中，較為亮眼的便是高熵合金。

通常，金屬材料是根據(jù)所需的性能將兩種或三種少量元素與一種主要元素相結(jié)合，從而開發(fā)出的合金。高熵合金則是通過將五種或五種以上的元素以相同或相近的比率相結(jié)合而形成的，*主要元素。這種方法可以制備出幾乎各種各樣的合金，通過此法已經(jīng)研究并提出了具有優(yōu)秀低溫性能和耐腐蝕性能的合金（圖1）。

研究成果顯示，高熵合金的高性能是與孿生變形密切相關(guān)的。此前的假設(shè)就是這些合金存在于孿生變形的范圍之外，因此，這已經(jīng)**出了冶金學(xué)常規(guī)知識(shí)的范圍。

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的鋼鐵技術(shù)研究院聯(lián)合瑞典**理工學(xué)院組建了**合作研究小組，提出了原子水平的一般理論，并進(jìn)行原子**力學(xué)計(jì)算。結(jié)果顯示，相較傳統(tǒng)合金，高熵合金是一種完全不同的材料，孿生變形較為有效，因此產(chǎn)生了較高的機(jī)械性能。

5**高強(qiáng)度

值得強(qiáng)調(diào)的*二大成就便是韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的鋼鐵技術(shù)研究院開發(fā)的**輕高強(qiáng)鋼，這種合金在鋼種成分方面設(shè)計(jì)了高含量的錳和鋁，而鎳含量則較低，通過適當(dāng)?shù)墓に嚳刂瓶梢灾苽湫〕叽绲拇紊w。

眾所周知，次生晶體具有化學(xué)穩(wěn)定性，而且會(huì)造成金屬材料的性能下降，應(yīng)該避免產(chǎn)生。與之相反，新近提出的合金在機(jī)械性能方面是**傳統(tǒng)鋼材的，甚至還**用作飛機(jī)材料的鈦合金，這預(yù)示著浦項(xiàng)的千兆鋼、高熵合金和**輕高強(qiáng)鋼等新一代高合金鋼已經(jīng)揭開了金屬材料的新篇章。

6對(duì)安全和可持續(xù)發(fā)展的不懈追求

人類應(yīng)該對(duì)星球和文明的未來進(jìn)行充分考量，只有這樣才能彰顯智慧。截至目前，科學(xué)知識(shí)已經(jīng)指引我們平穩(wěn)應(yīng)對(duì)各類挑戰(zhàn)。冶金學(xué)家的作用也是至關(guān)重要的，為了探尋并應(yīng)用各種材料，而且持續(xù)推動(dòng)社會(huì)在未來實(shí)現(xiàn)安全、高效和可持續(xù)的發(fā)展，這些學(xué)者還將致力于在材料的原理、應(yīng)用等領(lǐng)域進(jìn)行較為深入的研究，揭示自然科學(xué)偉大的力量。 （羅曄）

信息來源：世界金屬導(dǎo)報(bào)2019-02-12B01      時(shí)間:2019-02-19 09:26:31


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• 高熵合金性能** 未來發(fā)展空間巨大-易金新材料

  1概述 高熵合金是一種創(chuàng)新型材料，由五種或五種以上類型的金屬元素制備而成。由于機(jī)械性能**，這些材料在冶金、材料和工程科學(xué)領(lǐng)域一直備受關(guān)注。韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的學(xué)者解釋了高熵合金的創(chuàng)造過程，以及它們的影響力如何**出了冶金學(xué)的范疇。 人類通過適時(shí)調(diào)節(jié)，挑戰(zhàn)周圍不斷變化的環(huán)境，創(chuàng)造出了文明。在特大城市里，車輛駛過高層建筑群，火車穿過長(zhǎng)橋，飛機(jī)飛過天空，劃過一道白線，這些就是現(xiàn)代文明的典型特征。工具的使用

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