何春静等：粉末冶金在高熵材料中的应用 ·1509· 熵材料将极大推动高嫡材料的发展，促进工程化 [5]Senkov O N.Scott J M.Senkova S V.et al.Microstructure and 应用.目前高嫡材料所需要的粉体原料则广泛采 room temperature properties of a high-entropy TaNbHfZrTi alloy. 用机械合金化和雾化法制备，通过采用热等静压 J Alloys Compd,.2011,509(20:6043 [6]Han Z D,Chen N,Zhao S F,et al.Effect of Ti additions on 和放电等离子烧结制备块体，并对制备的块体进 mechanical properties of NbMoTaW and VNbMoTaW refractory 一步通过热机械处理提高材料的致密度，调控其 high entropy alloys.Intermetallics,2017,84:153 组织.同时高嫡粉末可以作为制备涂层、薄膜材 [7] Feuerbacher M,Heidelmann M,Thomas C.Hexagonal high- 料及其他功能材料的原材料.粉末冶金技术是制 entropy alloys.Mater Res Lett,2015,3(1):1 备纳米晶高嫡合金、难熔高熵合金、弥散强化高 [8]He J Y,Liu W H,Wang H,et al.Effects of Al addition on 熵合金、轻质高熵合金和高嫡陶瓷的有效途径 structural evolution and tensile properties of the FeCoNiCrMn (2)尽管在粉末冶金技术制备高嫡材料的组 high-entropy alloy system.Acta Mater,2014,62:105 [9] 织、结构与性能等方面取得了一定进展，但目前高 Yang X.Zhang Y.Prediction of high-entropy stabilized solid- solution in multi-component alloys.Mater Chem Phys,2012, 熵材料仍然面临很多科学问题8，譬如：高熵材料 132(2-3):233 本身具有严重的晶格畸变，晶格畸变对其性能有 [10]Hu Y,Chen X R,Wu S S.Physical Chemistry (Volume 1).2nd 重要影响，如何定量的表征晶格畸变目前尚不清 Ed.Beijing:People's Education Press,1982. 楚.此外，高嫡材料晶体中各种缺陷的产生、相互 (胡英，陈学让，吴树森.物理化学（上册）.2版.北京：人民教育出 作用和演化行为将不同于传统合金，需要大量的 版社，1982) 实验数据、先进的表征技术和计算方法才能建立 [11]Wang S Q,Chen K H,Chen L,et al.Effect of Al and Si additions on microstructure and mechanical properties of TiN coatings.J 这些高嫡材料的微观组织和力学性能之间的关 Cent South Univ Technol,2011,18(2):310 系.因此，高熵材料的基础研究亟待深入 [12]Nagase T,Rack P D,Noh J H,et al.In-situ TEM observation of (3)高熵材料在航天航空、高温领域和功能材 structural changes in nano-crystalline CoCrCuFeNi 料等方面展现了潜在的应用前景，未来高嫡材料 multicomponent high-entropy alloy (HEA)under fast electron 有望解决传统材料遇到的一些瓶颈问题.目前，高 irradiation by high voltage electron microscopy (HVEM). 嫡材料的性能、使用条件和应用领域等方面的研 Intermetallics,2015,59:32 究还不够全面.由于高熵材料的制备技术低效和 [13]Zhang FX,Zhao SJ.Jin K.et al.Local structure and short-range order in a NiCoCr solid solution alloy.Phrys Rev Lett,2017, 复杂，因此亟待开发新的粉末冶金技术.另外，高 118(20):205501 熵材料如果含有较高含量的Nb、Hf、Ta、W、Mo [14]Ding J,Yu Q,Asta M,et al.Tunable stacking fault energies by 等元素，原材料的成本问题也极大制约其应用领 tailoring local chemical order in CrCoNi medium-entropy alloys 域.高嫡材料的成分系统有数以亿计可能的元素 Proc Nat Acad Sci USA,2018,115(36):8919 组合，为研究者提供了广阔的研究空间，因此，需 [15]Yim D,Jang M J,Bae J W,et al.Compaction behavior of water- 要探索设计新的高嫡材料成分，在不损失性能的 atomized CoCrFeMnNi high-entropy alloy powders.Mater Chem 同时，通过优化成分和制备技术来降低成本.总的 Phys,2018,210:95 [16]Moravcik I,Gouvea L,Homik V,et al.Synergic strengthening by 来说，高熵材料的工业应用探索是当前面临的核 oxide and coherent precipitate dispersions in high-entropy alloy 心挑战 prepared by powder metallurgy.Scripta Mater,2018,157:24 [17]Braeckman B R,Boydens F,Hidalgo H,et al.High entropy alloy 参考文献 thin films deposited by magnetron sputtering of powder targets. [1]Yeh J W,Chen S K,Lin S J,et al.Nanostructured high-entropy Thin Solid Films,2015,580:71 alloys with multiple principal elements:Novel alloy design [18]Xiang S,Luan H W,Wu J,et al.Microstructures and mechanical concepts and outcomes.Ady Eng Mater,2004,6(5):299 properties of CrMnFeCoNi high entropy alloys fabricated using [2]Yeh J W.Alloy design strategies and future trends in high-entropy laser metal deposition technique.JAlloys Compd,2019,773:387 alloys.J0M,2013,65(12):1759 [19]Chen T K,Shun T T,Yeh J W,et al.Nanostructured nitride films [3]Gludovatz B,Hohenwarter A,Catoor D,et al.A fracture-resistant of multi-element high-entropy alloys by reactive DC sputtering. high-entropy alloy for cryogenic applications.Science,2014, SurfCoar Technol,2004,188-189:193 345(6201):1153 [20]Lv Y K,Hu R Y,Yao Z H,et al.Cooling rate effect on [4]Ma S G,Zhang S F,Qiao J W,et al.Superior high tensile microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high elongation of a single-crystal FeNiCoCrAlo3 high-entropy alloy by entropy alloys.Mater Des,2017,132:392 Bridgman solidification.Intermetallics,2014,54:104 [21]Huo W Y,Zhou H,Fang F,et al.Microstructure and mechanical熵材料将极大推动高熵材料的发展，促进工程化 应用. 目前高熵材料所需要的粉体原料则广泛采 用机械合金化和雾化法制备，通过采用热等静压 和放电等离子烧结制备块体，并对制备的块体进 一步通过热机械处理提高材料的致密度，调控其 组织. 同时高熵粉末可以作为制备涂层、薄膜材 料及其他功能材料的原材料. 粉末冶金技术是制 备纳米晶高熵合金、难熔高熵合金、弥散强化高 熵合金、轻质高熵合金和高熵陶瓷的有效途径. （2）尽管在粉末冶金技术制备高熵材料的组 织、结构与性能等方面取得了一定进展，但目前高 熵材料仍然面临很多科学问题[82] ，譬如：高熵材料 本身具有严重的晶格畸变，晶格畸变对其性能有 重要影响，如何定量的表征晶格畸变目前尚不清 楚. 此外,高熵材料晶体中各种缺陷的产生、相互 作用和演化行为将不同于传统合金，需要大量的 实验数据、先进的表征技术和计算方法才能建立 这些高熵材料的微观组织和力学性能之间的关 系. 因此，高熵材料的基础研究亟待深入. （3）高熵材料在航天航空、高温领域和功能材 料等方面展现了潜在的应用前景，未来高熵材料 有望解决传统材料遇到的一些瓶颈问题. 目前，高 熵材料的性能、使用条件和应用领域等方面的研 究还不够全面. 由于高熵材料的制备技术低效和 复杂，因此亟待开发新的粉末冶金技术. 另外，高 熵材料如果含有较高含量的 Nb、Hf、Ta、W、Mo 等元素，原材料的成本问题也极大制约其应用领 域. 高熵材料的成分系统有数以亿计可能的元素 组合，为研究者提供了广阔的研究空间，因此，需 要探索设计新的高熵材料成分，在不损失性能的 同时，通过优化成分和制备技术来降低成本. 总的 来说，高熵材料的工业应用探索是当前面临的核 心挑战. 参    考    文    献 Yeh J W, Chen S K, Lin S J, et al. Nanostructured high-entropy alloys  with  multiple  principal  elements:  Novel  alloy  design concepts and outcomes. Adv Eng Mater, 2004, 6（5）: 299 [1] Yeh J W. Alloy design strategies and future trends in high-entropy alloys. JOM, 2013, 65（12）: 1759 [2] Gludovatz B, Hohenwarter A, Catoor D, et al. A fracture-resistant high-entropy  alloy  for  cryogenic  applications. Science,  2014, 345（6201）: 1153 [3] Ma  S  G,  Zhang  S  F,  Qiao  J  W,  et  al.  Superior  high  tensile elongation of a single-crystal FeNiCoCrAl0.3 high-entropy alloy by Bridgman solidification. Intermetallics, 2014, 54: 104 [4] Senkov  O  N,  Scott  J  M,  Senkova  S  V,  et  al.  Microstructure  and room temperature properties of a high-entropy TaNbHfZrTi alloy. J Alloys Compd, 2011, 509（20）: 6043 [5] Han  Z  D,  Chen  N,  Zhao  S  F,  et  al.  Effect  of  Ti  additions  on mechanical  properties  of  NbMoTaW  and  VNbMoTaW  refractory high entropy alloys. Intermetallics, 2017, 84: 153 [6] Feuerbacher  M,  Heidelmann  M,  Thomas  C.  Hexagonal  high￾entropy alloys. Mater Res Lett, 2015, 3（1）: 1 [7] He  J  Y,  Liu  W  H,  Wang  H,  et  al.  Effects  of  Al  addition  on structural  evolution  and  tensile  properties  of  the  FeCoNiCrMn high-entropy alloy system. Acta Mater, 2014, 62: 105 [8] Yang  X,  Zhang  Y.  Prediction  of  high-entropy  stabilized  solid￾solution  in  multi-component  alloys. Mater Chem Phys,  2012, 132（2-3）: 233 [9] Hu  Y,  Chen  X  R,  Wu  S  S. Physical Chemistry (Volume  1).  2nd Ed. Beijing: People's Education Press, 1982. （胡英, 陈学让, 吴树森. 物理化学(上册). 2版. 北京: 人民教育出 版社, 1982） [10] Wang S Q, Chen K H, Chen L, et al. Effect of Al and Si additions on  microstructure  and  mechanical  properties  of  TiN  coatings. J Cent South Univ Technol, 2011, 18（2）: 310 [11] Nagase T, Rack P D, Noh J H, et al. In-situ TEM observation of structural  changes  in  nano-crystalline  CoCrCuFeNi multicomponent  high-entropy  alloy  (HEA)  under  fast  electron irradiation  by  high  voltage  electron  microscopy  (HVEM). Intermetallics, 2015, 59: 32 [12] Zhang F X, Zhao S J, Jin K, et al. Local structure and short-range order  in  a  NiCoCr  solid  solution  alloy. Phys Rev Lett,  2017, 118（20）: 205501 [13] Ding  J,  Yu  Q,  Asta  M,  et  al.  Tunable  stacking  fault  energies  by tailoring  local  chemical  order  in  CrCoNi  medium-entropy  alloys. Proc Nat Acad Sci USA, 2018, 115（36）: 8919 [14] Yim D, Jang M J, Bae J W, et al. Compaction behavior of water￾atomized CoCrFeMnNi high-entropy alloy powders. Mater Chem Phys, 2018, 210: 95 [15] Moravcik I, Gouvea L, Hornik V, et al. Synergic strengthening by oxide  and  coherent  precipitate  dispersions  in  high-entropy  alloy prepared by powder metallurgy. Scripta Mater, 2018, 157: 24 [16] Braeckman B R, Boydens F, Hidalgo H, et al. High entropy alloy thin  films  deposited  by  magnetron  sputtering  of  powder  targets. Thin Solid Films, 2015, 580: 71 [17] Xiang S, Luan H W, Wu J, et al. Microstructures and mechanical properties  of  CrMnFeCoNi  high  entropy  alloys  fabricated  using laser metal deposition technique. J Alloys Compd, 2019, 773: 387 [18] Chen T K, Shun T T, Yeh J W, et al. Nanostructured nitride films of  multi-element  high-entropy  alloys  by  reactive  DC  sputtering. Surf Coat Technol, 2004, 188-189: 193 [19] Lv  Y  K,  Hu  R  Y,  Yao  Z  H,  et  al.  Cooling  rate  effect  on microstructure  and  mechanical  properties  of  AlxCoCrFeNi  high entropy alloys. Mater Des, 2017, 132: 392 [20] [21] Huo W Y, Zhou H, Fang F, et al. Microstructure and mechanical 何春静等： 粉末冶金在高熵材料中的应用 · 1509 ·