【50net永乐高】高熵合金粉末：新兴材料之星，照亮多领域应用之路

一、产品简介

高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相关研究发现，多种元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成复杂的金属间化合物，而是形成了简单的固溶体结构。高熵合金的出现打破了传统合金以混合焓为主的设计理念，为新材料的研发打开了一个广阔的成分设计空间。高熵合金粉末是一种由五种或五种以上主要元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型合金材料。我公司开发的系列合金粉末材料，产品纯净度高、球形度好、氧含量低，性能优异，广泛应用于激光选区熔化、激光立体成形、 激光熔覆、 注射成形、 热等静压等制造工艺，在国防、航空、航天等多个关键领域得到应用。

按主要成分元素分为:

• 铁基高熵合金粉末：如 FeNiTiMoCo 等，这类高熵合金粉末以铁元素为基础，加入镍、钛、钼、钴等元素，具有高强度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等特点，可应用于机械制造、模具加工等领域，比如用于制造高性能的切削刀具和模具.

• 铝基高熵合金粉末：通常包含铝、钴、铬、铁、镍等元素，像 AlCoCrFeNi 系列高熵合金粉末，具有较低的密度、较高的比强度和良好的抗氧化性能，在航空航天、汽车等领域有潜在应用价值，可用于制造航空发动机零部件、汽车轻量化结构件等.

• 钛基高熵合金粉末：以钛为主要元素，添加其他金属元素如铝、钒、铬、钼等形成的高熵合金粉末，具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性和生物相容性等优点，在航空航天、生物医学等领域有重要应用，比如可用于制造航空航天的结构件、人体植入物等。

高熵合金粉末具有以下特点：

1. 成分特点：

- 多主元等摩尔比：由五种或五种以上的金属元素以大致等摩尔比组成，打破了传统合金以一种或少数几种元素为主的模式。这种多元素的组合使得合金具有独特的性能，各元素之间相互作用，协同发挥作用，而不是单一元素起主导作用。

- 元素多样性：元素的选择范围广泛，可以包括过渡金属元素（如铁、钴、镍、铬、钼等）、贵金属元素（如铂、钯等）以及其他金属元素，不同元素的组合可以赋予高熵合金粉末不同的性能特点，满足各种不同的应用需求。

2. 结构特点：

- 均匀固溶体结构：由于多元素的相互溶解和混合，形成均匀的固溶体结构。这种结构使得合金内部的原子排列更加混乱，增加了原子间的结合力，从而提高了合金的强度和硬度。

- 严重晶格畸变：不同原子尺寸的元素混合在一起，导致晶格发生严重的畸变。这种晶格畸变会影响合金的物理和化学性能，如降低电导率、增加硬度、提高抗蠕变性等。

3. 性能特点：

- 高强度：高熵合金粉末通常具有较高的强度，其强度甚至可以超过传统的高强度合金。这是由于多元素的固溶强化、晶格畸变强化以及纳米级析出物等多种强化机制的共同作用。  

- 良好的韧性：与一些高强度材料容易发生脆化不同，高熵合金粉末在保持高强度的同时，还具有较好的韧性。这使得它在承受冲击、振动等载荷时具有更好的可靠性和安全性。

- 优异的耐磨性：高熵合金粉末的硬度较高，且其均匀的固溶体结构和复杂的相组成使得它在摩擦磨损过程中具有更好的抵抗能力，磨损率较低，适用于制造耐磨零部件或涂层。

- 良好的耐腐蚀性：多元元素的均匀分布形成了致密的界面结构，能够有效地阻止腐蚀介质的侵入，从而使高熵合金粉末具有良好的耐腐蚀性。在恶劣的腐蚀环境下，如海洋、化工等领域，具有广阔的应用前景。

- 较高的热稳定性：高熵合金粉末通常具有较高的熔点和热稳定性，在高温环境下能够保持较好的力学性能和结构稳定性。这使得它适用于制造高温零部件，如航空发动机叶片、燃气轮机叶片等。

4. 加工特点：

- 良好的成型性：高熵合金粉末可以通过多种加工方法成型，如粉末冶金、3D 打印、喷涂等。这些加工方法可以根据不同的应用需求，制造出形状复杂、尺寸精度高的零部件或涂层。

- 可定制性强：可以根据具体的应用需求，调整合金粉末的成分、粒度、形状等参数，实现对材料性能的定制化设计，满足不同用户的个性化需求。

高熵合金粉末的应用领域十分广泛，以下是一些主要的应用方向：

航空航天领域

- 制造飞行器结构件：飞行器的结构件需要具备高强度、低密度、良好的抗疲劳性能等。铝基高熵合金粉末，如AlCoCrFeNi系列，具有较低的密度和较高的比强度，能够在减轻结构重量的同时，保证结构的强度和稳定性，可用于制造飞行器的机翼、机身框架等结构件.- 制造飞行器结构件：飞行器的结构件需要具备高强度、低密度、良好的抗疲劳性能等。铝基高熵合金粉末，如AlCoCrFeNi系列，具有较低的密度和较高的比强度，能够在减轻结构重量的同时，保证结构的强度和稳定性，可用于制造飞行器的机翼、机身框架等结构件.
汽车工业领域

- 制造发动机部件：高熵合金粉末可用于制造汽车发动机的气门、活塞、连杆等部件，提高发动机的功率和效率，降低油耗和尾气排放。例如，铁基高熵合金粉末制成的气门具有更好的耐磨性和耐高温性能，能够提高发动机的可靠性和耐久性.- 制造汽车车身及底盘部件：部分高熵合金粉末的高强度和良好的成型性，使其适合用于制造汽车车身的框架、横梁等结构件，以及底盘的悬挂系统、传动轴等部件，在提高汽车的安全性和操控性能的同时，实现汽车的轻量化.

电子信息领域

制造电子封装材料：电子设备的高性能化和小型化对电子封装材料的性能提出了更高的要求。高熵合金粉末具有良好的热导率、电导率和机械性能，可用于制造电子封装材料，提高电子设备的散热性能和可靠性，延长其使用寿命.- 制造电磁*材料：在电子信息时代，电磁*问题日益严重。一些高熵合金粉末具有特殊的电磁性能，可用于制造电磁*材料，有效防止电磁辐射对人体和其他电子设备的危害，保障电子设备的正常运行.

能源领域

制造核能反应堆部件：核能反应堆中的部件需要承受高温、高压、强辐射等恶劣环境。高熵合金粉末的优异性能使其有望应用于制造反应堆的压力容器、燃料元件包壳等关键部件，提高反应堆的安全性和稳定性.- 制造新能源设备部件：在太阳能、风能、水能等新能源领域，高熵合金粉末可用于制造太阳能电池板的电极材料、风力发电机的叶片、水轮机的转轮等部件，提高新能源设备的性能和效率，推动新能源产业的发展.

生物医学领域

- 制造人体植入物：高熵合金粉末如某些含钛、钽、锆等元素的合金粉末，具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和力学性能，可用于制造人工关节、牙科植入物、骨科固定材料等人体植入物，为患者提供更好的治疗效果和生活质量.- 制造医疗器械：其可用于制造医疗器械的零部件，如手术器械、医用传感器等，提高医疗器械的性能和使用寿命，降低医疗成本.

机械制造领域

- 制造刀具：高熵合金粉末制成的刀具具有更高的硬度、耐磨性和切削性能，能够提高加工效率和加工质量，降低加工成本，广泛应用于金属加工、模具制造等行业.- 制造模具：模具在使用过程中需要承受高温、高压和复杂的应力作用。高熵合金粉末制造的模具具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和热疲劳性能，能够提高模具的使用寿命和生产效率，降低生产成本.

表面工程领域

- 制备耐磨涂层：通过热喷涂、激光熔覆等表面技术，将高熵合金粉末制备成耐磨涂层，可应用于机械零件、刀具、模具等表面，提高其耐磨性和使用寿命，降低维修成本和更换频率.- 制备耐腐蚀涂层：高熵合金粉末形成的涂层具有良好的耐腐蚀性，可用于海洋工程、化工、食品等领域的设备表面防护，延长设备的使用寿命，降低腐蚀风险.

其他领域- 磁性材料：含有铁、钴、镍等磁性元素的高熵合金粉末可用于制造高性能的磁性材料，如磁记录介质、传感器等，满足电子信息、航空航天、国防等领域对高性能磁性材料的需求.- 形状记忆材料：一些具有形状记忆效应的高熵合金粉末，可用于制造智能材料、医疗器械等，如可自修复的材料、智能医疗器械等 .- 催化剂：贵金属高熵合金粉末具有独特的催化性能，可用于化学反应中的催化剂，如在石油化工、环境保护、新能源开发等领域的催化反应中，提高反应效率和选择性.