《工程科学学报》：难熔高熵合金：制备方法与性能综述

宗乐等：难熔高嫡合金：制备方法与性能综述 1463 表1近几年难熔高嫡合金的结构特征及制备工艺 Table 1 Structural characteristics and preparation technology of refractory high-entropy alloys in recent years Phase structure Elemental composition Preparation technology WMoNbTal As-cast WMoNbTaVt As-cast TaNbHfZrTiti4-15) Hot isostatic pressing NbTiVTal15] As-cast NbTiVTaAl2 As-cast NbTiVTaAlos As-cast NbTiVTaAl6) As-cast TiZrNbMoV,(x=0-3y As-cast NbTiVZr- Hot isostatic pressing HfNbTiZrPO Annealed NbCrMoTiAlos As-cast NbCrMoVAl As-cast NbCrMoTiVAlosu As-cast AINb15Tao.sTinsZros Hot isostatic pressing BCC AloNbTaosTiAVo2Zr1 Hot isostatic pressing Alo4Hfo6NbTaTiZr Hot isostatic pressing AINbTiVe Annealed HfMoTaTiZrS] As-cast HfMoNbTaTiZr) As-cast TaNbHfZre) As-cast NbMoCrTiAlP阿 Mechanical alloying and spark plasma sintering WMoNbTa Mechanical alloying and spark plasma sintering WMoNbTaVis Mechanical alloying and spark plasma sintering MoNbTaTiVI As-cast MoNbTaTiW2 As-cast HfMoTiWZr As-cast AlCrMoTi As-cast AlMoNbTibl As-cast CrNbTiZrls-19 Hot isostatic pressing CrNbTiVZH-191 Hot isostatic pressing TiZrHfNbV倒 Annealed TiZrosNbCros时 As-cast BCC+Laves TiZro.sNbCrosMo As-cast TiZro.sNbCrosV As-cast AlCrMoTiW倒 As-cast AlCrMoTaTits As-cast AlMoosNbTaosTiZr37 Hot isostatic pressing BCC+B2 AlosMoosNbTao.sTiZr Hot isostatic pressing Alo2sNbTaTiZr3 Hot isostatic pressing B2 AINbTao.2sTiZro2s Hot isostatic pressing

表 1 近几年难熔高熵合金的结构特征及制备工艺 Table 1 Structural characteristics and preparation technology of refractory high-entropy alloys in recent years Phase structure Elemental composition Preparation technology BCC WMoNbTa[11] As-cast WMoNbTaV[11] As-cast TaNbHfZrTi[14−15] Hot isostatic pressing NbTiVTa[16] As-cast NbTiVTaAl0.25 [16] As-cast NbTiVTaAl0.5 [16] As-cast NbTiVTaAl[16] As-cast TiZrNbMoVx (x=0~3)[17] As-cast NbTiVZr[18-19] Hot isostatic pressing HfNbTiZr[20] Annealed NbCrMoTiAl0.5 [21] As-cast NbCrMoVAl0.5 [21] As-cast NbCrMoTiVAl0.5 [21] As-cast AlNb1.5Ta0.5Ti1.5Zr0.5 [22] Hot isostatic pressing Al0.3NbTa0.8Ti1.4V0.2Zr1.3 [22] Hot isostatic pressing Al0.4Hf0.6NbTaTiZr[22−23] Hot isostatic pressing AlNbTiV[24] Annealed HfMoTaTiZr[25] As-cast HfMoNbTaTiZr[25] As-cast TaNbHfZr[26] As-cast NbMoCrTiAl[27] Mechanical alloying and spark plasma sintering WMoNbTa[5] Mechanical alloying and spark plasma sintering WMoNbTaV[5] Mechanical alloying and spark plasma sintering MoNbTaTiV[28] As-cast MoNbTaTiW[29] As-cast HfMoTiWZr[30] As-cast AlCrMoTi[31] As-cast AlMoNbTi[31] As-cast BCC+Laves CrNbTiZr[18-19] Hot isostatic pressing CrNbTiVZr[18-19] Hot isostatic pressing TiZrHfNbV[32] Annealed TiZr0.5NbCr0.5 [33] As-cast TiZr0.5NbCr0.5Mo[33] As-cast TiZr0.5NbCr0.5V [33] As-cast AlCrMoTiW[34] As-cast AlCrMoTaTi[35] As-cast BCC+B2 AlMo0.5NbTa0.5TiZr[36-37] Hot isostatic pressing Al0.5Mo0.5NbTa0.5TiZr[38] Hot isostatic pressing Al0.25NbTaTiZr[38] Hot isostatic pressing B2 AlNbTa0.25TiZr0.25 [38] Hot isostatic pressing 宗    乐等： 难熔高熵合金：制备方法与性能综述 · 1463 ·

.1464 工程科学学报.第43卷，第11期 表1（续） Table 1 (Continued) Phase structure Elemental composition Preparation technology HfTaTiZr As-cast HfTa.4TiZ网 As-cast BCC+HCP HfTao.sTiZr As-cast HfTa.6TiZr网 As-cast WosNizCo2 VMop.s401 As-cast FCC+L1z WosNizCo2VCro.s140 As-cast Wo.sNizCozCrMoos0 As-cast (a) (b) 与传统镍基高温合金类似，BCC相以纳米沉淀的 形式存在，导致该类难熔高嫡合金具有优异的高 温抗氧化性能和强度 Ordered 200m 200山m B2 fc Disordered BCC 100μm 图5难熔高熵合金抛光截面的背散射电子像扫描电镜研究)(a) NbTaTiV:(b)NbTaVW:(c)NbTaTiVW Fig.5 Backscattered scanning electron microscopy image of polished 50 nm cross-sections of refractory high-entropy alloys(a)NbTaTiV:(b) NbTaVW;(c)NbTaTiV 图7 AlMoo sNbTao sTiZr的扫描透射电子显微镜(STEM)图像和快 1400 速傅立叶变换回 ●Nb2 Mo,TaW2s Fig.7 Scanning transmission electron microscopy (STEM)image of 1200 ◆VzoNb2oMo2 oTazoW2o AlMoo.sNbTaosTiZr and fast Fourier transforms2 ◇Inconel7I8 Haynes230 随着研究的不断深入，相变诱导塑性 ◆ 800 6 (Transformation induced plasticity,TRIP)效应被尝 600 试应用于设计难熔高熵合金.TIP效应广泛应用 于高锰钢和钛合金中，能够显著提高合金的塑性 400 在难熔高熵合金中引入相变诱发塑性效应同样能 200 够提高合金的强塑性.Huang等9以等原子比 0 0 200 4006008001000120014001600 TaHf忆rTi高嫡合金为模型材料，Ta在合金中起到 Temperature/℃ 稳定BCC相的作用，通过改变Ta含量，成功设计 图6 WMoNbTa和WMoNbTaV两种难熔高熵合金和传统高温合金 出优异力学性能的Ta,Hf亿rTi双相难熔高嫡合金， 屈服强度随温度的变化曲线山 BCC相失稳发生马氏体转变变为HCP相，如图8， Fig.6 Yield strength curves of WMoNbTa and WMoNbTaV alloys and 获得双相组织，HCP相作为第二相存在.TRIP效 traditional superalloys with temperature 应诱导HCP相形成，同时会生成新的晶界从而有 溶，一般会形成BCCB2共格结构，即B2有序固溶 效地阻碍位错运动，提高合金的整体变形和加工 体亦称超结构.共格组织更多地表现为编织网状 硬化能力，界面硬化和亚稳组织的相变硬化同时 的调幅分解组织，由BCC相与B2相两相组成，两 存在，显著提高合金的强度和塑性，为解决难熔高 相结构相同但化学成分不同，见图7四，此类结构 嫡合金室温脆性问题提供新思路

溶，一般会形成 BCC/B2 共格结构，即 B2 有序固溶 体亦称超结构. 共格组织更多地表现为编织网状 的调幅分解组织，由 BCC 相与 B2 相两相组成，两 相结构相同但化学成分不同，见图 7 [42] ，此类结构 与传统镍基高温合金类似，BCC 相以纳米沉淀的 形式存在，导致该类难熔高熵合金具有优异的高 温抗氧化性能和强度. 50 nm Disordered BCC Ordered B2 图 7    AlMo0.5NbTa0.5TiZr 的扫描透射电子显微镜（STEM）图像和快 速傅立叶变换[42] Fig.7     Scanning  transmission  electron  microscopy  (STEM)  image  of AlMo0.5NbTa0.5TiZr and fast Fourier transforms[42] 随 着 研 究 的 不 断 深 入 ， 相 变 诱 导 塑 性 （Transformation induced plasticity，TRIP）效应被尝 试应用于设计难熔高熵合金. TRIP 效应广泛应用 于高锰钢和钛合金中，能够显著提高合金的塑性. 在难熔高熵合金中引入相变诱发塑性效应同样能 够提高合金的强塑性. Huang 等[39] 以等原子比 TaHfZrTi 高熵合金为模型材料，Ta 在合金中起到 稳定 BCC 相的作用，通过改变 Ta 含量，成功设计 出优异力学性能的 TaxHfZrTi 双相难熔高熵合金， BCC 相失稳发生马氏体转变变为 HCP 相，如图 8， 获得双相组织，HCP 相作为第二相存在. TRIP 效 应诱导 HCP 相形成，同时会生成新的晶界从而有 效地阻碍位错运动，提高合金的整体变形和加工 硬化能力，界面硬化和亚稳组织的相变硬化同时 存在，显著提高合金的强度和塑性，为解决难熔高 熵合金室温脆性问题提供新思路. (a) (b) (c) 200 μm 200 μm 100 μm 图 5    难熔高熵合金抛光截面的背散射电子像扫描电镜研究[41] . （a） NbTaTiV；（b）NbTaVW；（c）NbTaTiVW Fig.5     Backscattered  scanning  electron  microscopy  image  of  polished cross-sections  of  refractory  high-entropy  alloys [41] :  (a)  NbTaTiV;  (b) NbTaVW; (c) NbTaTiV 1400 Nb25Mo25Ta25W25 V20Nb20Mo20Ta20W20 Inconel718 Haynes230 1200 1000 800 600 Yield strength/MPa 400 200 0 800 1000 1200 1400 1600 Temperature/℃ 0 200 400 600 图 6    WMoNbTa 和 WMoNbTaV 两种难熔高熵合金和传统高温合金 屈服强度随温度的变化曲线[11] Fig.6    Yield strength curves of WMoNbTa and WMoNbTaV alloys and traditional superalloys with temperature[11] 表 1 (续) Table 1 (Continued) Phase structure Elemental composition Preparation technology BCC+HCP HfTaTiZr[39] As-cast HfTa0.4TiZr[39] As-cast HfTa0.5TiZr[39] As-cast HfTa0.6TiZr[39] As-cast FCC+L12 W0.5Ni2Co2VMo0.5 [40] As-cast W0.5Ni2Co2VCr0.5 [40] As-cast W0.5Ni2Co2CrMo0.5 [40] As-cast · 1464 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期