1995年中国台湾学者，被誉为“高熵合金之父”的叶均蔚教授突破传统的合金设计理念，提出“多元高熵合金”的新理念[1]，即至少有五个主要元素的浓度在5%到35%之间的合金，各主元素混合产生高熵效应，可以抑制生成大量金属间化合物和促进形成简单相结构。经过国内外学者研究发现，高熵合金具有高的混合熵，且原子不易扩散，所以容易获得固溶相，纳米结构和非晶结构，这种结构热稳定性很高，不同的高熵合金的特性有很大的差异，但其性能普遍优于传统合金。高熵合金简单的结构和优异的性能，以及广泛的应用，具有巨大的潜力，同时吸引了越来越多的研究者。

1.2多主元高熵合金的概念和定义

高熵合金中的“熵”是统计热力学的一个参数，其代表的意义是系统的混乱度，是组成一个系统中的大量微观粒子的无序度的一个度量。系统的熵越大，表明系统的粒子越无序。要计算一个系统的熵，需要考虑到很多因素，包括原子排列的混合熵，原子振动组态，电子组态，磁矩组态等因素。一般计算高熵合金的混合熵只需要考虑原子排列的混合熵，因为对于合金来说，原子排列的混合熵比其他因素的混合熵都要大。

高熵合金被定义为至少有五种主要元素组成，浓度在5%到35%之间的合金，各组元混合产生高熵效应[1]。熵是热力学上表征体系混乱程度的度量，系统的混乱程度越大，则系统的熵值越高。根据热力学的计算，忽略原子振动组态，电子组态，磁矩组态对系统的混合熵影响，则高熵合金的混合熵以原子排列的混合熵为主，公式表示为：ΔS=Rln(n)，R是气体常数，其值为8.314J/(mol*k),n为等摩尔元素混合的元素种类[16]。两种元素的等摩尔的混合熵的熵值ΔS=RIn2=0.693R，则只有一种元素的传统合金混合熵的熵值应小于0.639R，五种元素等摩尔的混合熵的熵值ΔS=RIn5=1.61R，所以至少有五种元素的高熵合金混合熵应该大于1.61R。将合金用混合熵来区分，以0.693R和1.61R为界限可分为低熵合金，中熵合金和高熵合金。低熵合金的元素种类为1，中熵合金的元素种类为2~4，元素种类大于等于5种的是高熵合金。

在新的合金理念下高熵合金的设计是多种多样的，高熵合金的发展已经远远的超过了传统合金，对于一种合金系统而言，其设计方法有简单的等摩尔比，非等摩尔比，和添加其他非主元元素来使其组织和性能发生改变。

1.3高熵合金的特点

1.3.1高熵合金结构特点

（1）根据传统合金发展总结出的经验，再结合吉布斯相律的出的结论认为，一个由n种元素组成的合金系统，能产生的平衡相的数目为n+1种。但这种规律在对高熵合金的研究中并不适用，高熵合金的显微结构倾向于出现简单FCC和BCC固溶体相，甚至会出现纳米相和非晶相，不倾向于出现金属间化合物，这与吉布斯相律的结论有很大的差异。根据Gibbs自由能表达式[2]：ΔGmix=ΔHmix

-TΔSmix，ΔHmix，ΔSmix分别表示固溶体的形成焓和形成熵，T表示温度。可以看出，合金系统的混合焓和混合熵有一定的联系。高熵合金的混合熵很高，要形成简单FCC或BCC固溶体结构需要低的自由能，所以高熵合金倾向于形成简单固溶体结构[3]。当高熵合金的混合熵效应减弱，会导致金属间化合物在BCC相析出。因此，具有较大混合熵的随机互溶的高熵合金会很大程度的扩大固溶体的溶解度，这样的结果就是形成一个简单多元互溶相，这种现象在高温时会尤其突出。

（2）当高熵合金只存在简单FCC和BCC的固溶体结构时，合金的组成元素之间存在差异，如原子半径和晶格结构的不同，会导致合金的强度和硬度都很高；当高熵合金存在非晶结构时，则不存在位错，因此合金的性能会变得更强。