高熵合金具有一系列的优异性能，因此近十几年来受到越来越多的关注。而将 高熵合金用作涂层材料，沉积在价格低廉的工件基体表面，对于延长工件使用寿命、 降低工件制作成本，具有极其重要的意义。本研究以元素粉末为初始粉末，采用机 械合金化工艺制备喷涂粉末，采用大气等离子喷涂在不锈钢表面沉积高熵合金涂层。对喷涂态涂层的微观组织结构、相结构进行分析，对其结合强度、显微硬度、 摩擦磨损性能等进行测试。该研究对于高熵合金材料在表面工程领域的应用具有重 要的理论意义和应用价值。论文网

1。2 高熵合金研究概述

1。2。1 高熵合金发展的开端及概念

2004年，台湾学者叶均蔚教授等[2]打破了传统的合金设计理念，大胆地提出了 高熵合金（High-entropy alloy，HEA）的设计理念，由此开始，合金的设计不再以 单一元素为主，而可以采取多种元素作为主要组元[3-4]。高熵合金通常是指包含5-13 种主元，并能形成高熵固溶体的合金[5]。高熵合金中单种合金元素质量分数不能超 过50%，基本上每种合金元素的含量处在5%-35%之间，没有主要、次要之分。高熵 合金设计理念的提出，使得现有的合金体系大大增加。

熵是统计热力学中代表系统混乱度的一个重要参数，熵与系统的混乱度是正比 关系。一个物质系统的熵，包括原子排列混合熵、电子组态、原子振动组态以及磁 矩组态等所有的熵，但是对于金属元素来说，金属元素的熵值较小，故此混合熵较 小，一般在研究中，以原子排列的混合熵为主的熵值计算可以代替高熵合金混合熵 的计算[6]。根据玻尔兹曼关于体系的熵值和它内部粒子混乱度之间定量关系的假设

[7]，当合金中各组元（元素）原子分数相同时，其摩尔混合熵可表述为：

S R ln(n) （1-1）

式（1-1）中 R 是气体摩尔常数，R=8。31 J·K-1·mol-1，n 单位为 mol。由此可知， 同样条件下，混合熵数值随元素数目的增多而增大。

1。2。2 高熵合金的组织结构

合金的性能由合金的结构组织决定，高熵合金体系也同样遵循这个特性。由于 传统合金的原子固溶度远远小于高熵合金中原子的固溶度，因此非常容易产生比较 强烈的固溶强化效应，例如，当金属作为结晶相时，位错的滑移运动会受到大量的 固溶原子的阻碍，从而位错难以滑移。所以一般情况下，高熵合金的强度和硬度都 比较大；另外，各金属元素也会随着合金原子的扩散而扩散，由于高熵合金组元的 数目比传统合金的数目多，故此，原子更加难以扩散。扩散是相变发生的一个决定因素，并且由于扩散效应的迟滞性会导致新相难以长大，因此容易出现纳米析出相， 又能进一步增强合金的强度[8-9]；如果由于高熵效应而导致合金混乱熵增大，那么当 其形成非晶相的时候，因为不存在位错，所以会导致固体的强度会比之前更高。因 此，大部分高熵合金也具有高强度、高硬度的性质。

1。2。3 高熵合金的性能及特点

当前的研究认为，由于高熵合金在结构上的晶格畸变效应、热力学上的高熵效 应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的“鸡尾酒”效应会促使多组元高熵合金的 组织特点与大多数传统合金不尽相同，同时也决定了高熵合金比传统合金具有许多 优异性能，一般情况下，大部分的高熵合金都具有高强度及塑性、高硬度及良好的 耐磨性、耐热性、耐腐蚀性一系列优异特性。

（1）高强度及塑性：高熵合金一般是由五种或五种以上的主要元素组成，每 种元素都有各自不同的作用，所以，普遍认为高熵合金会形成一种“超级固溶体”[10]， 因为合金中各个原子的半径不同，从而导致基体发生严重晶格畸变，进而导致晶体 中的位错运动变得很困难，另外，因为高熵合金中容易存在一些有序相和纳米析出 相，因此，也会使位错在晶体中的滑移变得更加困难，因此会导致位错在合金基体 中发生位错塞积和位错缠结现象而更加难以运动，所以也导致了高熵合金具有高硬 度。北京科技大学的科研工作者也研究了一系列的高熵合金的力学性能。研究表明， 高熵合金不仅仅展现出很高的屈服强度和断裂强度，另外，高熵合金也展现了非常 优异的塑性。相比较非晶合金来说，高熵合金不单单是具有较高强度，同时也具有 更高的塑性变形能力，由此可见，高熵合金的综合力学性能十分优异。