激光熔覆AlCrCoFeNi高熵合金涂层力学性能及组织研究材料专业毕业

毕业论文

激光熔覆AlCrCoFeNi高熵合金涂层

力学性能及组织研究

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期：

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名： 日 期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日

注 意 事 项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 VII

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 激光熔覆AlCrCoFeNi高熵合金涂层力学性能及组织研究 系部： 专业： 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 专业负责人： 1．设计（论文）的主要任务及目标

本文主要研究AlCrCoFeNi五主元合金的力学性能及组织。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，用激光熔覆铸AlCrCoFeNi高熵合金。研究合金铸态与退火态的力学性能及组织，主要包括材料的硬度、耐磨性以及组织。通过对其各个力学性能的实验研究，总结出其对应的力学变化规律，找出综合力学性能较好的元素配比，进而进行高熵合金喷涂实验的研究。 2．设计（论文）的基本要求和内容 1.了解高熵合金研究的背景，目的及意义 2.了解制备熔炼高熵合金的过程以及其元素配比

3.掌握测试维氏试验硬度设备的原理、操作，了解其注意事项 4.通过实验获得并分析高熵合金相应的力学性能，找出其规律 5.整理材料，撰写论文 3．主要参考文献

[1] 叶均蔚，陈瑞凯，刘树均.高熵合金的发展概况[J].工业材料杂志，2005，224:71-79 [2] 刘源，李言祥，陈祥，等.多主元高熵合金研究进展[J].材料导报，2006，(20):4-7 [3]郭卫凡.多主元高熵合金的研究进展,金属功能材料第16卷。第l 期,2 0 0 9 年2 月。 [4]朱海云, 孙宏飞, 李业超.多主元高熵合金的研究现状与发展前沿.第9 期,2008。 [5]梁秀兵, 魏敏, 程江波等.高熵合金新材料的研究进展.材料工程,2009，12:75-79. [6]刘源，李言祥，陈祥，等。多主元高熵合金研究发展[J]。材料导报，2006,（20）：4-7

[7]Wang XF,Zhang Y Chen GL，et a1．Novel microstructure and properties of multi-component CoCrCuFeNiTix alloys[J]．Intermetailics，2007，15：357-359 [8] Cantor B，Chang ITH，Knight P'ct a1．Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys[J]．Mater．Sci．Eng．2004，375-377：2132218

VIII

[9] Zhou YJ,Zhang Y,Wang,YL,et al.Solid solution alloys of AlCoCrFeNiTix with excellent romm-temperature mechanical properties[J]. Appl. Phys. Lett,2007,90:181904-181906 [10] Huang PK,Yeh JW,Shun TT,et al.Multi-principal-element alloys with improve oxidation and wear resistanse for themal spraycoating[J]. Adv. Eng.Matet,2004,6:74-78 [11] Huang PK,Yeh JW,Shun TT,et al.Multi-principal-element alloys with improve oxidation and wear resistanse for themal spraycoating[J]. Adv. Eng.Matet,2004,6:74-78 4．进度安排 1 2 3 4 5

设计（论文）各阶段名称 了解高熵合金概况及其制备熔炼 掌握测试高熵合金各个力学性能的试验方法 将制备好的试件进行各个力学性能的测试 将各个实验数据整理总结，找出规律 整理资料，撰写论文，准备答辩 起 止 日 期 2013年3月8日—2013年3月31日 2013年4月1日—2013年4月30日 2013年5月1日—2013年5月20日 2013年5月21日—2013年5月31日 2013年6月1日—2013年6月10日

IX

AlCrCoFeNi高熵合金涂层力学性能及组织研究

摘要：多主元高熵合金是近年来兴起的一种新型合金材料，它的最大特点是突破了传

统合金只以一种或两种金属元素为主的设计框架，从而发展出一种全新的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。主要元素的增多使合金产生高熵效应，晶体结构倾向于形成简单体心或简单面心结构，同时可能伴有晶间化合物生成，甚至在铸态就会析出纳米晶，从而起到固溶强化、沉淀强化和弥散强化效果，使高熵合金的性能比传统合金具有较大优势。

本论文选取Al、Cr、Co、Fe、Ni五种常用的金属元素，研究该系列合金的力学性能及其变化规律。采用激光熔覆熔炼合金，再对合金铸态与退火态的硬度与耐磨性能进行测试研究。

研究发现：此五种元素熔炼生成的的高熵合金其硬度明显高于普通的硬质合金（其硬度约为HRC25），未经热处理（800℃退火处理）的高熵合金涂层的硬度就已经能够达到HRC35，经过热处理的高熵合金涂层硬度能够达到HRC46。高熵合金的这种特性与其内部的组织有很大联系，主要是形成了简单的BCC、FCC及BCC+FCC结构固溶体。AlCrCoFeNi高熵合金的耐磨性能也远优越于普通的合金，将其喷涂在刀具上可延长刀具的使用寿命。

AlCrCoFeNi高熵合金具有显微结构简化、不倾向于出现金属间化合物、具有纳米析出物与非晶质结构等结构特征，具有高强度、高硬度、耐回火软化、耐磨等性能特性。正因如此，高熵合金可以更大程度的满足工业生产的需要，其开发应用前景十分广阔。

关键词：高熵合金，涂层，硬度

X

STUDY ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF

AlCrCoFeNi HIGH ENTROPY ALLOYS

Abstract:Principal elements of high—entropy alloys is only just emerging in recent years，

which is a new type of material science．Its biggest feature is the breakthrough of the traditional alloy that only one or two kinds of metal elements based design

framework,develop a new alloy design concept．High-entropy alloys based on equimolar or nearly equimolar ratio five or more than five key elements，taking melting，sintering or other means to get a combination of the metallic material．The increase of the key elements lead to produce high—entropy effect，crystal structure tend to form a simple body—centered or simple face—centered structure，intergranular compounds also may be accompanied by the generation,even in the cast it will be precipitated nanocrystals．This phenomenon is playing a solid solution strengthening，precipitation strengthening and dispersion strengthening effect，which making the performance of high一entropy alloys have greater advantages compared to conventional alloys．

This paper picks AI、Cr、Co、Fe、Ni five commonly used metals.Using vacuum arc furnace melting alloy,Alloy cast and annealed State of study on hardness and wear resistance test.

Found：The five elements generated by the smelting of high - entropy alloy its hardness is significantly higher than ordinary hard alloy(Its hardness is approximately hrc31).Without the heat treatment(800℃ annealing treatment) of high - entropy alloy coating hardness can reach hrc45.2.After heat treatment of high - entropy alloy coating hardness can reach hrc51.This characteristic of high entropy alloys and its internal organization has great links,Mainly formed in simple Bcc, FCC and Bcc+FCC.AlCrCoFeNi High entropy alloys wear resistance is far superior to ordinary alloys,On its spraying tool can extend the life of cutting tools.

AlCrCoFeNi Microstructure of high entropy alloys have simplified, do not tend to appear intermetallic precipitates, with nano - structure characteristics of amorphous

XI

structure,With high strength, high hardness, temper softening resistance, wear resistance, and other performance characteristics.so,high-entropy alloys are superior than the traditional alloy in mechanical properties and wear resistance，which can be greater to adapt to the needs of industrial production,its development and application prospects．

Keyword：high entropy alloys，

coating，hardness

XII

目录

1 绪论 ??????????????????????????????1 1.1概述 ?????????????????????????????1 1.2选题背景、研究的目的和意义 ??????????????????1 1.3本课题研究主要内容?????????????????????? 3 2 文献综述????????????????????????????4 2.1多主元高熵合金的定义 ?????????????????????4 2.1.1固溶体混合熵 ????????????????????????4 2.1.2高熵合金的界定 ???????????????????????5 2.2高熵合金的制备方法 ??????????????????????7 2.2.1电弧熔炼法 ?????????????????????????7 2.2.2高频感应炉加热熔炼 ?????????????????????8 2.2.3其他熔炼方法 ????????????????????????8 2.3高熵合金的特点及性能 ?????????????????????8 2.4多主元效应 ??????????????????????????10 2.4.1高熵效应??????????????????????????10 2.4.2晶格畸变效应????????????????????????10 2.4.3缓慢扩散效应????????????????????????11 2.4.4鸡尾酒效应?????????????????????????11 2.5高熵合金的应用领域??????????????????????12 3 多主元合金力学性能及组织分析?????????????????????15 3.1维氏硬度试验?????????????????????????15 3.1.1仪器介绍??????????????????????????15 3.1.2实验原理??????????????????????????17 3.1.3试验操作步骤????????????????????????18 3.1.4实验注意事项????????????????????????19 3.1.5实验内容??????????????????????????19 3.1.6实验分析结果????????????????????????21

XIII

3.2金相组织试验?????????????????????????22

3.2.1试验机机构介绍???????????????????????22 3.2.2实验步骤??????????????????????????24 3.2.3注意事项??????????????????????????24 3.2.3实验内容????????????????????????25 4 结论??????????????????????????????28 5 参考文献????????????????????????????29 6 致谢??????????????????????????????31

XIV

1 绪论

1.1概述

多主元高熵合金是近年来兴起的一种新型合金材料，它的最大特点是突破了传统合金只以一种或两种金属元素为主的设计框架，从而发展出一种全新的合金。多主元高熵合金是以五种或五种以上主要元素按等摩尔比或近等摩尔比经熔炼、烧结或其他方法组合而成具有金属特性的材料。主要元素的增多使合金产生高熵效应，晶体结构倾向于形成简单体心或简单面心结构，同时可能伴有晶间化合物生成，甚至在铸态就会析出纳米晶，从而起到固溶强化、沉淀强化和弥散强化效果，使高熵合金的性能比传统合金具有较大优势。

高熵合金在晶体结构及各种性质上和传统合金有极大的差异，主要包括一下几个方面：(1)不但能形成简单的BCC和FCC结构甚至易产生纳米相和无序的非晶相；(2)具有良好的热稳定性；(3)极高的硬度、温室强度和良好的塑性变形能力;(4)优越的耐腐蚀和耐磨性能。一般来说，传统概念的固溶体特性是具有较好的塑性变形能力，但硬度和强度较低，通常只能作为基体相。而基于多主元构成髙熵合金形成的固溶体有着较高的强度和硬度，甚至高于非晶合金的强度，同时还具有良好的热稳定性和耐磨耐蚀特性，为新型结构材料的设计提供了丰富的空间。

高熵合金的性能比传统合金具有较大的优越性，但高熵合金的元素种类不同，其力学性能，微观组织结构也会有所变化，故研究高熵合金具体元素的特性也是很有必要，本文就以AlCrCoFeNi为例，研究高熵合金力学性能

1.2选题背景、研究的目的和意义

材料、信息、能源被称为现代科学技术的三大支柱，而材料又是一切技术发展的物质基础。任何新的技术成就，莫不仰赖于各种相互匹配的新型材料，而新型材料中金属材料是其重要的一个方面，例如航空、航天工业所需的高温合金，核工业的核燃料、核反应堆材料，现代信息技术使用的硅、锗等半导体材料、新型磁性材料等。由于这些新技术的发展又推动研制新的材料品种和发展新的冶金生产工艺和装备。由此可见，金属材料的开发和研究是科学技术的一个基本领域。

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

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/36q6.html