共晶高熵合金（EHEAs）的研究现状
【摘要】高熵合金（HEAs）因为含有高浓度的多种元素，通常具有较弱的流动性、可铸性和组成不均匀性。因此，通过铸造大规模生产HEA是有局限的。为了解决这个问题，提出了共晶高熵合金（EHEAs）的概念，EHEAs在实现优质工业规模HEAs锭方面有很大的前景，除此之外共晶高熵合金（EHEAs）还具有良好的机械性能。本文综述了国内外关于共晶高熵合金的制备工艺及力学分析测试方法，不同组织结构对高熵合金力学性能的影响，共晶高熵合金（EHEAs）的应用，并对共晶高熵合金（EHEAs）研究前景进行了展望。
【关键词】共晶高熵合金；电弧熔融-吸铸；力学性能
【Abstract】High Entropy Alloys (HEAs) usually have weak fluidity, castability and composition inhomogeneity due to their high concentration of various elements. Therefore, mass production of HEA by casting is limited. In order to solve this problem, the concept of eutectic high-entropy alloys (EHEAs) was proposed. EHEAs have great prospects in achieving high-quality industrial scale HEAs ingots. In addition, EHEAs also have good mechanical properties. In this paper, the preparation technology and mechanical analysis and testing methods of eutectic high-entropy alloys at home and abroad, the effect of different structure on mechanical properties of eutectic high-entropy alloys, the application of eutectic high-entropy alloys (EHEAs) are reviewed, and the research prospect of eutectic high-entropy alloys (EHEAs) is prospected.
【Key words】Eutectic high-entropy alloy; arc melting-suction casting; mechanical properties
1引言
最近，高熵合金（HEAs）或多组元合金，正在成为金属材料界的新研究前沿[1,2]。与基于一种或两种主要元素的传统金属合金相比，HEA通常包含至少四种主要元素。 HEAs的概念是传统物理冶金合金设计的突破，为新材料和新特性的开发开辟了新的领域[3,4]。尽管HEAs中的高配置熵有助于稳定固体溶液（对抗化合物相），但先前的研究表明，大多数HEA含有多个相而不是单相固溶体[5,6,7]。从合金制备的角度来看，尽管粉末冶金法越来越受到关注，但大多数HEA仍是通过铸造法制备的[8,9]。 HEAs的铸造，特别是大尺寸（千克规模）的铸造是一个挑战，因为大多数HEA具有较弱的流动性和可铸性（参见补充信息中的图S1进行演示）且具有相当大的化学不均匀性[10]，这些缺点阻碍了其在工业上的应用。从机械性能的角度来看，众所周知，通常单相体心立方（bcc）结构的HEA具有有限的塑性和韧性[22]，而单相的面心立方（fcc）结构的HEA可能具有高的塑性和韧性，但它们的强度很低[23]。如何达到高强度和高塑性是HEA工程应用的另一个挑战。
2 EHEAs的合成方法
拟采用感应熔炼和电弧熔融-吸铸的方法制备高熵合金；真空电弧熔炼技术是目前最常用的技术[14]。在水冷铜坩埚中利用焊枪的电弧进行熔炼，待合金充分混合后将合金块翻转，一般熔炼4-10次。然后利用机械手把坩埚中熔炼完的合金块移至中间吸铸铜模处，进行吸铸。这种方法的优点是设备简单，投资小，容易操作。其缺点是铸件冷速不均匀，部分区域出现较大晶粒，组织定向性结晶，成分比较难混合均匀[15]。
助熔剂制备技术，例如：为了制备Fe79.5B6.5C14铸锭，将合适比例的铁和B颗粒以及C片放入干净的熔融石英管中。合金化是在约10-2托的真空下通过感应熔炼进行的。准备好的铸锭直径约4 mm，具有共晶形态。在实验中，将Fe79.5B6.5C14共晶锭和无水B2O3放入直径为11mm、内径为9mm的熔融石英管中。系统抽真空至约~10-2托，然后长时间加热约4小时约至1473 K（1200 ℃）。应有足够的B2O3熔剂，以便在加热过程中，熔融合金锭完全浸入熔剂中。高温热处理后，移除焊炬，让系统在空气中冷却。在凝固开始时，如果熔锭变暗或变暗，则凝固成网状试样。
