有别于基于一种主要元素的传统合金设计方法,高熵合金的设计在开发具有特定性能的新型材料领域开辟了一条新的途径｡高熵合金可以宽泛地定义为由5种或者5种以上等摩尔的元素组成的一种固溶体｡
以往研究结果表明:由于高的混合熵,高熵合金主要由简单的面心立方(FCC)､体心立方(BCC),或FCC+BCC结构固溶体相组成,而并非金属间化合物相或其他复杂相｡尽管如今,在部分高熵合金中也有少量金属间化合物相或亚稳态颗粒的存在｡根据Hume-Rothery定律我们知道,影响二元固溶体形成的因素主要包括:原子尺寸差,价电子浓度(VEC),溶剂和溶质原子的晶体结构,以及负电性差异;而对于高熵合金中相的形成而言,除了上述影响因素之外,混合熵和混合焓是两个更为重要的影响因素｡根据方程式:
对于高熵合金,高的混合熵将会使其热力学稳定态的自由能降低,因而倾向于形成无序排列的固溶体,而不是有序排列的金属间化合物｡对于多组元系统,在预测固溶体相形成时,混合熵与混合焓的比值比值（ＴΔＳｍｉｘ／ΔＨｍｉｘ）就显得更为重要，因此引入一个参数Ω
式中，Ｔｍ为合金的平均熔点，当Ω>1时,即在合金的熔化温度下混合熵的影响要大于混合焓的影响,此时将趋向于生成固溶体相｡
ZHANG et al和GUO et al就这些参数对高熵合金相形成的影响规律进行了大量的研究,并且得到一致的结论:在高熵合金中,无论是简单相还是复杂相的生成,主要取决于混合焓､混合熵以及原子尺寸差异｡
GUO et al在研究价电子浓度对高熵合金中FCC相或BCC相的稳定性影响过程中发现,价电子浓度(nVE)可以用来作为预测高熵合金最终生成FCC固溶体结构,还是BCC固溶体结构的一个有效参数｡通过总结以往研究结果发现,高熵合金VEC与组织结构存在一定关系,当nVE<6.87时,合金生成BCC结构固溶体;当nVE>8时,合金生成FCC结构固溶体;而当6.87≤nVE<8时,合金中将出现FCC相与BCC相共存｡
高熵合金的冶金特性使其有望成为多种优异性能的综合体,从而使其具有广泛的工程应用潜力｡
前期研究表明,高熵合金具有优异的热稳定性､高硬度和高强度､优异的耐磨性､良好的磁性､出众的耐腐蚀性｡此外,有研究报道,高熵合金在室温和高温条件下,都具有高的硬度和压缩强度;另有研究指出,高熵合金具有优异的拉伸性能(高拉伸强度与合理的延展性结合)｡高熵合金展现出传统合金无法比拟的优异性能,使其在众多应用领域引起人们的高度关注,特别是高熵合金在高温条件下的优异性能,使得高熵合金的应用领域不断拓宽｡在一些极端及高敏感工程环境中,尤其像核动力､涡轮发动机及航空航天等领域,亟需一种具有优异综合性能的超级结构合金,而高熵合金极有可能成为其候选材料｡
综合以往研究结果发现:FCC结构高熵合金表现为低强度高塑性,而BCC结构高熵合金表现为高强度低塑性｡因此,晶体结构是控制高熵合金强度或硬度的决定性因素｡已报道的研究结果显示,在高熵合金领域,已有超过30种元素被使用到且有至少300种成分的高熵合金被研究开发出,这些使得高熵合金成为一个极其令人期待的新金属材料研究领域｡本文简要地综述高熵合金的物理冶金,包括制备方法､应用领域,以及制备方法与合金元素对相变和腐蚀行为的影响｡