高熵合金强韧化的研究进展

谭雅琴¹，王晓明²，朱胜²，乔珺威¹

1. 太原理工大学材料科学与工程学院高熵合金研究中心2. 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室

摘 要：高熵合金拥有优异的力学性能,包括高强度、高硬度、良好的耐蚀性和耐磨性等,作为结构材料应用极具潜力。对高熵合金力学性能优化的研究尽管仍处于探索阶段,但已经引起了广泛关注并取得了一些成果。传统上合金的强化机制可分为固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相强化。考虑到高熵合金倾向于形成固溶体,固溶强化是一种行之有效的强化机制。可通过加入其中一种主元或者与主元半径差不多的元素形成置换固溶体(通常是过渡金属元素);也可以加入小半径元素如C、N、B等形成间隙固溶体。热机械处理是金属材料常见的预处理工艺,通过轧制等压力加工手段和再结晶退火能够很明显地提高位错密度以及细化晶粒尺寸,从而实现高熵合金的强韧化。第二相强化是近年来比较流行的强化方式。热力学分析可以有效帮助确定退火温度以获得第二相颗粒,甚至控制第二相的尺寸和形貌。位错与第二相颗粒以切过机制或绕过机制发生交互作用,从而提高合金的力学性能。除通过改变内部组织来提升性能外,通过表面处理也可实现强韧化。对塑性较好的高熵合金进行渗碳、渗氮和镀膜等处理通常可以获得表硬内韧的组织结构。渗碳渗氮对表层的硬化源于间隙固溶和第二相析出,镀膜的优化效果则源于膜与基体的紧密结合,可以同时表现出两者的性能优势。本文主要从内在强化机理的角度出发,论述了添加组元、热处理工艺等对高熵合金的强韧化效果。此外,还介绍了几种典型的表面处理对高熵合金强韧化的影响。

关键词：高熵合金;力学性能;强韧化;固溶强化;位错强化;细晶强化;第二相强化;表面强化;热机械处理;渗碳;渗氮;镀膜;