成果简介
高熵合金由五种及五种以上元素以等摩尔或近等摩尔混合，每种元素的原子百分比在5%~35%之间，又称为多主元合金、复杂成分合金或复杂高浓度合金。目前研究表明高熵合金具有很多优异的物理化学及力学性质，具有重要的理论研究价值和广泛的工业应用前景，可作为高超声速飞行器发动机用高温材料、高性能战斗部材料、抗辐照核能用材料等用于航空航天及核反应堆等重要工业领域。高熵合金已成为目前材料科学研究领域的热点之一。其中难熔高熵合金具有高熔点、高强度、优异的耐腐蚀性能、耐磨性能及高温抗氧化性能。尤其是难熔高熵合金表现出优异高温性能，有望作为超高温结构材料应用于一些特殊领域，备受广泛关注。
我校新型高性能材料团队在ZrNbTaHf基高熵合金方面开展了系统的研究工作。针对ZrNbTaHf难熔高熵合金扩散数据严重缺乏的现状，利用扩散偶法结合真空高温扩散技术研究Zr-Nb、Zr-Ta和Zr-Hf体系的扩散行为，采用Sauer-Freise法和Hall法提取了互扩散系数和杂质扩散系数，计算了扩散激活能和指前因子等参数。并利用纳米压痕技术获得了各体系的杨氏模量和硬度等力学性能随成分变化行为。以ZrNbTaHf难熔高熵合金为研究对象，通过调整Hf的含量和添加Cr元素对ZrNbTaHf合金的力学性能进行调控。研究结果表明：无论是铸态还是退火态，Cr元素的加入促使Laves析出相的形成，并且随着Cr含量的增加合金的硬度和屈服强度显著提升。1673K真空退火24小时后，ZrNbTaHfCr合金的硬度和屈服强度分别是未掺Cr合金的1.6倍和2.1倍，同时仍保持8%的延展性。该成果可作为高强韧高温结构材料。相关研究工作发表于国际知名期刊《Journal of Alloys and Compounds》和《CALPHAD》，并受到同行的广泛引用。
应用前景
难熔高熵合金因大多数组成元素为高熔点元素，具有较高的熔点，同时合金具有高熵合金的特性，表现出优异的高温性能，成为非常有潜力的高温合金之一，引起国内外研究者的广泛关注。难熔高熵合金的设计出发点是开发出新型的高温材料，因此难熔高熵合金性能的研究主要集中在硬度、室温及高温下的压缩拉伸性能、抗高温氧化性能等。难熔高熵合金凭借优异的结构稳定性和高温性能获得了快速发展，目前已经研究出超过150 种合金组合。高强韧难熔高熵合金在室温和高温下均具有优异的力学性能以及抗高温氧化、耐腐蚀、耐辐照等独特性能，有望替代镍基高温合金，具有广阔的应用前景和研究价值。
成熟度
本新型高性能材料研发团队一直致力于新型高性能材料的研究，在实验室基础研究阶段已经能够独立地从合金成分设计、合金制备到性能调控，可根据实际需求提供高强高韧合金设计的解决方案。
成果展示
成果完成人
物理科学与工程技术学院：陶小马
成果转化，请联系成果与合作处，联系人：刘老师，联系电话：0771-3272162。