无基元高混合熵合金形成固溶体结构三原则

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1、维普资讯http://www.cqvip.com中国材料科技与设备(双月刊)无基元高混合熵合金形成固溶体结构三原则2007年·第5期无基兀-_一-局_J混合熵合金形成固溶体结构三原则阳隽觎，周云军，张勇，陈国良(北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083)摘要：无基元高混合熵合金是由五种以上主元素构成，具有很高的混合熵。通过对已发表无基元高混合熵合金数据的分析，初步得出无基元高混合熵合金形成固溶体的一般规律：1五种以上主元素；2最大原子半径差小于12；3舍金混合焓介于一4O到lOKJ／mol。关键词：无基元；高熵合金；田溶体；原则中图分类号：TG146．23文献标识码

2、：A熵为主。0引言无基元合金按照正则溶体的混合熵的计算公式如下：金属学原理的一般规律是，相图两端组元区域形成固溶／xS州一一R∑CilnC体，中间区域形成中间相。大部分工程合金具有固溶体结J公式中，zlS表示多元合金混合摩尔熵；R是气体常数构，能保证材料同时具备高强度和高塑性。因此，工程合金的设计是以一种组元为合金基体元素，其它元素作为合金元8．314Jmol一K～，表示组元i的摩尔比，∑=1。以一素加入提高整体性能。近年来，出现了一系列高性能的新合种元素为主传统的合金，其混合熵小于0．69R；而无基元高金，例如，无基元高混合熵合金。和传统合金的设计不同，吉混合熵合金的混合熵则不

3、小于1．61R。布斯相律也不再适用0]，无基元高混合熵合金可以形成固溶体结构，也有些合金形成金属间化合物。有人认为足高熵效2原理和实验数据应抑制了金属问化合物的形成。本文的目的是探讨无基元高昆合熵合金形成固溶体结构的一般规律。无基元高混合熵合金主要形成固溶体结构和化合物。固溶体和化合物的影响因素有：化学键因素、电负性差别、电1无基元高混合熵合金的定义子浓度、原子尺寸因素等，由Miedema模型计算出元素的原子半径和焓差，得到合金的混合焓H⋯和混合熵s。无基元无基元高混合熵合金是含有多种主要元素的合金，其中高混合熵合金数据见表1、表2、表3。每种主要元素都具有较高的原子百分数，但每

4、种元素的原子百分数不能超过35，也就是说这种合金是由多种元素集平均原子半径R一≥：RC，(R表示组元j的原子半i—I体起作用而表现出其特色。为了区别于传统合金，且充分发径，C表示组元i的摩尔比)；挥多元素高混乱度效应，无基元高混合熵合金主要元素数目最大原子半径差△R⋯一max(R～R。)／R，(R表示组应大于或等于5。元j的原子半径)。熵是热力学上代表混乱度的一个物理量，混乱度越大，熵就越大。一个物质系统的熵，包括原子排列混合熵以及原混合焓H⋯一Cif，，(一4~~HYd、0表示i=-『：=J子振动组态、电子组态、磁矩组态等所贡献的熵。对于合金组元i、的摩尔比)]。而言，无基元高

5、混合熵合金混合熵的计算以原子排列的混合表1原子半径(单位：A)E]Tab．1Atomicradii(A)嘲*作者简介：阳隽觎(1980)，男，硕士生，主要从事金属材料、大块非晶和无基元高熵合金方面的研究。电话：01083451287，E—mail：windowsz2004@yahoo．corn．cFt·61·http：／／WWZL~．cmasteq．cn；www．heatind．cn维普资讯http://www.cqvip.com2007年·第5期技术与研究中国材料科技与设备(双月刊)元数)，见图1，合金组元数增大，混合熵增大，同时合金中组3讨论元含量减小。随着组元数的增多，组元

6、含量减小，合金的结构和性能不再依赖1—2种主要元素而是多种元素共同作用正则溶体合金各组元的原子数分数相等时，具有最大熵的结果，有利于“代位”固溶体的形成。而且，增多组元数，一值，此时，混合熵s=一R(∑1L())，(N表示合金组方面增加了合金混合熵，高混合熵有利于固溶体的形成]，http：／／www．cmasteq．Cn；删．heatind．Cn·62·维普资讯http://www.cqvip.com中国材料科技与设备(双月刊)无基元高混合熵合金形成固溶体结构三原则2007年·第5期因为化合物原子排列的有序度比固溶体高；另一方面可能减小电负性差，抑制化合物的形成。4总结从以上分析

7、可以初步得出无基元高混合熵合金形成固溶体的一般规律：(1)至少具有五个组元以获得高混合熵；(2)最大原子半径差小于12；j一J，-，-一一．，．，．一．一．一．J(3)合金混合焓在(一40)～(+10)KJ／mol范围内。o2468lol2l4l6l82022参考文献：敏N[1]ZhouYunJun，ZhangYong，WangYanLi．App1．Phys．图1合金的混合熵和组元数的关系Lett．，2007，90：181904Fig．1TherelationbetweenMix