高熵合金（HEAs）也称为多主元合金（MPEAs）与复杂浓缩合金（CCAs）[1]，即使用等摩尔或近等莫尔的方法设计含有不少于5种元素的合金。其中每主元含量在5%~35%之间。

Part.1 高熵合金的概念与发展历史

合金的研究一直随着人类历史的发展而不停的迭代，材料的复杂度也在不断增加。从石器时代进入早期的合金（铁器）时代后，长期以来人们研究出基于铁、铝、铜等各种元素的主合金。但都是以一或两种元素作为主要合金元素，再添加其它微量元素提升目标性能。但是掺入多种合金元素极可能形成金属间化合物导致材料变脆。同时，迄今为止大部分有价值的合金类型已被大量开发和研究。单主元的传统合金设计思路局限开始显现。

高熵概念最早在2004年由台湾清华大学的叶均蔚[3]等人与牛津大学的B.Cantor等人[4]提出。含有多于五种元素，且每种主元含量在5%~35%之间，材料复杂程度剧增，熵值加大，材料的微观结构被稳定化，最终形成固溶体。新合金设计思想突破了传统合金设计思路的困境，其巨大的成分设计空间与积极影响成为了近年的研究热点。

Part.2 高熵合金的四大效应

高熵合金往往表现出四大效应。即高熵效应、晶格畸变效应、鸡尾酒效应和迟滞扩散效应。

高熵效应

多元素产生巨大的混合熵作用下，材料趋于形成单相简单固溶体（亚稳状态），以降低整体的自由能。各元素则随机均匀地占据晶体位点。

晶格畸变效应

高熵合金无序排列的晶体中，各元素间的尺寸差异会导致晶格对称性与形状产生改变。整体的畸变程度与应变能增加，从而影响材料物理机械性能。

鸡尾酒效应

高熵合金中微观的电子结构与各主元原子间的近程作用仍未完全揭晓。其特殊构型与组织状态可能产生各种协同作用，出现难以预料的物理性能与功能特性。像极了神秘可口的鸡尾酒。

迟滞扩散效应

材料中所有元素均匀随机分布,且均为主元。整体不存在大梯度浓度差，所有元素扩散缓慢，这使得高熵合金具有较好的热稳定性。

Part.3 高熵合金的制备方法

高熵合金的制备方法主要有熔炼法、固相反应法和自蔓延燃烧合成法等。其中，熔炼法是最常用的制备方法。湖南天际智慧自主研发生产的真空熔炼气雾化制粉设备和等离子体改性设备，可用于高温高熵合金粉末的生产和制备。其中真空气雾化设备具有高品质低成本、高稳定性、自动化程度高等优点，可应用于结构材料、磁性材料、储能电池等领域。等离子体改性设备可用于高温高熵合金的合金化、球化及致密化等。

Part.4 高熵合金的机遇与挑战

高熵合金设计思路提供了新的成分空间，突破了原有传统思路中容易产生金属间化合物的局限。但是随着研究的推进，人们发现性能与材料混合熵间呈非线性关系。一味最求熵增并无法获取性能更加优异的材料，同时主元增加也导致合金生产成本随之增加。最初的高熵合金定义容易使研究陷入具有巨大工作量却仅有少量结果能与投入相配的困境。随着发展，高熵合金概念的完善与更迭也给这一领域带来了争议与研究动机[5]。

文献引用

[1] ZHANG W, CHABOK A, KOOI B J, et al. Additive manufactured high entropy alloys: A review of the microstructure and properties[J]. Materials & Design, 2022(220): 110875.

[2] HE Q F, DING Z Y, YE Y F, et al. Design of High-Entropy Alloy: A Perspective from Nonideal Mixing[J]. Journal of metals, 2017(69): 2092-2098.

[3] 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[J]. Advanced Engineering Materials, 2004(6): 299-303.

[4] CANTOR B, CHANG I T H, KNIGHT P, et al. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys[J]. Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing, 2004(375): 213-218.

[5] MIRACLE D B, SENKOV O N. A critical review of high entropy alloys and related concepts[J]. Acta Materialia, 2017(122): 448-511.