【華恒節(jié)能】高熵合金粉末：新興材料之星，照亮多領(lǐng)域應(yīng)用之路

一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，多種元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成復(fù)雜的金屬間化合物，而是形成了簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)。高熵合金的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)合金以混合焓為主的設(shè)計(jì)理念，為新材料的研發(fā)打開了一個(gè)廣闊的成分設(shè)計(jì)空間。高熵合金粉末是一種由五種或五種以上主要元素以等摩爾比或近等摩爾比組成的新型合金材料。我公司開發(fā)的系列合金粉末材料，產(chǎn)品純凈度高、球形度好、氧含量低，性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于激光選區(qū)熔化、激光立體成形、 激光熔覆、 注射成形、 熱等靜壓等制造工藝，在國(guó)防、航空、航天等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域得到應(yīng)用。

按主要成分元素分為:

• 鐵基高熵合金粉末：如 FeNiTiMoCo 等，這類高熵合金粉末以鐵元素為基礎(chǔ)，加入鎳、鈦、鉬、鈷等元素，具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于機(jī)械制造、模具加工等領(lǐng)域，比如用于制造高性能的切削刀具和模具.

• 鋁基高熵合金粉末：通常包含鋁、鈷、鉻、鐵、鎳等元素，像 AlCoCrFeNi 系列高熵合金粉末，具有較低的密度、較高的比強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，在航空航天、汽車等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價(jià)值，可用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、汽車輕量化結(jié)構(gòu)件等.

• 鈦基高熵合金粉末：以鈦為主要元素，添加其他金屬元素如鋁、釩、鉻、鉬等形成的高熵合金粉末，具有高強(qiáng)度、低密度、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，比如可用于制造航空航天的結(jié)構(gòu)件、人體植入物等。

高熵合金粉末具有以下特點(diǎn)：

1. 成分特點(diǎn)：

- 多主元等摩爾比：由五種或五種以上的金屬元素以大致等摩爾比組成，打破了傳統(tǒng)合金以一種或少數(shù)幾種元素為主的模式。這種多元素的組合使得合金具有獨(dú)特的性能，各元素之間相互作用，協(xié)同發(fā)揮作用，而不是單一元素起主導(dǎo)作用。

- 元素多樣性：元素的選擇范圍廣泛，可以包括過渡金屬元素（如鐵、鈷、鎳、鉻、鉬等）、貴金屬元素（如鉑、鈀等）以及其他金屬元素，不同元素的組合可以賦予高熵合金粉末不同的性能特點(diǎn)，滿足各種不同的應(yīng)用需求。

2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

- 均勻固溶體結(jié)構(gòu)：由于多元素的相互溶解和混合，形成均勻的固溶體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得合金內(nèi)部的原子排列更加混亂，增加了原子間的結(jié)合力，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。

- 嚴(yán)重晶格畸變：不同原子尺寸的元素混合在一起，導(dǎo)致晶格發(fā)生嚴(yán)重的畸變。這種晶格畸變會(huì)影響合金的物理和化學(xué)性能，如降低電導(dǎo)率、增加硬度、提高抗蠕變性等。

3. 性能特點(diǎn)：

- 高強(qiáng)度：高熵合金粉末通常具有較高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度甚至可以超過傳統(tǒng)的高強(qiáng)度合金。這是由于多元素的固溶強(qiáng)化、晶格畸變強(qiáng)化以及納米級(jí)析出物等多種強(qiáng)化機(jī)制的共同作用。  

- 良好的韌性：與一些高強(qiáng)度材料容易發(fā)生脆化不同，高熵合金粉末在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的韌性。這使得它在承受沖擊、振動(dòng)等載荷時(shí)具有更好的可靠性和安全性。

- 優(yōu)異的耐磨性：高熵合金粉末的硬度較高，且其均勻的固溶體結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的相組成使得它在摩擦磨損過程中具有更好的抵抗能力，磨損率較低，適用于制造耐磨零部件或涂層。

- 良好的耐腐蝕性：多元元素的均勻分布形成了致密的界面結(jié)構(gòu)，能夠有效地阻止腐蝕介質(zhì)的侵入，從而使高熵合金粉末具有良好的耐腐蝕性。在惡劣的腐蝕環(huán)境下，如海洋、化工等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

- 較高的熱穩(wěn)定性：高熵合金粉末通常具有較高的熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下能夠保持較好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這使得它適用于制造高溫零部件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等。

4. 加工特點(diǎn)：

- 良好的成型性：高熵合金粉末可以通過多種加工方法成型，如粉末冶金、3D 打印、噴涂等。這些加工方法可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，制造出形狀復(fù)雜、尺寸精度高的零部件或涂層。

- 可定制性強(qiáng)：可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，調(diào)整合金粉末的成分、粒度、形狀等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的定制化設(shè)計(jì)，滿足不同用戶的個(gè)性化需求。

高熵合金粉末的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，以下是一些主要的應(yīng)用方向：

航空航天領(lǐng)域

- 制造飛行器結(jié)構(gòu)件：飛行器的結(jié)構(gòu)件需要具備高強(qiáng)度、低密度、良好的抗疲勞性能等。鋁基高熵合金粉末，如AlCoCrFeNi系列，具有較低的密度和較高的比強(qiáng)度，能夠在減輕結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可用于制造飛行器的機(jī)翼、機(jī)身框架等結(jié)構(gòu)件.- 制造飛行器結(jié)構(gòu)件：飛行器的結(jié)構(gòu)件需要具備高強(qiáng)度、低密度、良好的抗疲勞性能等。鋁基高熵合金粉末，如AlCoCrFeNi系列，具有較低的密度和較高的比強(qiáng)度，能夠在減輕結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可用于制造飛行器的機(jī)翼、機(jī)身框架等結(jié)構(gòu)件.
汽車工業(yè)領(lǐng)域

- 制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件：高熵合金粉末可用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門、活塞、連桿等部件，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和效率，降低油耗和尾氣排放。例如，鐵基高熵合金粉末制成的氣門具有更好的耐磨性和耐高溫性能，能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性.- 制造汽車車身及底盤部件：部分高熵合金粉末的高強(qiáng)度和良好的成型性，使其適合用于制造汽車車身的框架、橫梁等結(jié)構(gòu)件，以及底盤的懸掛系統(tǒng)、傳動(dòng)軸等部件，在提高汽車的安全性和操控性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化.

電子信息領(lǐng)域

制造電子封裝材料：電子設(shè)備的高性能化和小型化對(duì)電子封裝材料的性能提出了更高的要求。高熵合金粉末具有良好的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和機(jī)械性能，可用于制造電子封裝材料，提高電子設(shè)備的散熱性能和可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命.- 制造電磁*材料：在電子信息時(shí)代，電磁*問題日益嚴(yán)重。一些高熵合金粉末具有特殊的電磁性能，可用于制造電磁*材料，有效防止電磁輻射對(duì)人體和其他電子設(shè)備的危害，保障電子設(shè)備的正常運(yùn)行.

能源領(lǐng)域

制造核能反應(yīng)堆部件：核能反應(yīng)堆中的部件需要承受高溫、高壓、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境。高熵合金粉末的優(yōu)異性能使其有望應(yīng)用于制造反應(yīng)堆的壓力容器、燃料元件包殼等關(guān)鍵部件，提高反應(yīng)堆的安全性和穩(wěn)定性.- 制造新能源設(shè)備部件：在太陽能、風(fēng)能、水能等新能源領(lǐng)域，高熵合金粉末可用于制造太陽能電池板的電極材料、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片、水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪等部件，提高新能源設(shè)備的性能和效率，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.

生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

- 制造人體植入物：高熵合金粉末如某些含鈦、鉭、鋯等元素的合金粉末，具有良好的生物相容性、耐腐蝕性和力學(xué)性能，可用于制造人工關(guān)節(jié)、牙科植入物、骨科固定材料等人體植入物，為患者提供更好的治療效果和生活質(zhì)量.- 制造醫(yī)療器械：其可用于制造醫(yī)療器械的零部件，如手術(shù)器械、醫(yī)用傳感器等，提高醫(yī)療器械的性能和使用壽命，降低醫(yī)療成本.

機(jī)械制造領(lǐng)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，能夠提高加工效率和加工質(zhì)量，降低加工成本，廣泛應(yīng)用于金屬加工、模具制造等行業(yè).- 制造模具：模具在使用過程中需要承受高溫、高壓和復(fù)雜的應(yīng)力作用。高熵合金粉末制造的模具具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和熱疲勞性能，能夠提高模具的使用壽命和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本.

表面工程領(lǐng)域

- 制備耐磨涂層：通過熱噴涂、激光熔覆等表面技術(shù)，將高熵合金粉末制備成耐磨涂層，可應(yīng)用于機(jī)械零件、刀具、模具等表面，提高其耐磨性和使用壽命，降低維修成本和更換頻率.- 制備耐腐蝕涂層：高熵合金粉末形成的涂層具有良好的耐腐蝕性，可用于海洋工程、化工、食品等領(lǐng)域的設(shè)備表面防護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn).

其他領(lǐng)域- 磁性材料：含有鐵、鈷、鎳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，如磁記錄介質(zhì)、傳感器等，滿足電子信息、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅艽判圆牧系男枨?- 形狀記憶材料：一些具有形狀記憶效應(yīng)的高熵合金粉末，可用于制造智能材料、醫(yī)療器械等，如可自修復(fù)的材料、智能醫(yī)療器械等 .- 催化劑：貴金屬高熵合金粉末具有獨(dú)特的催化性能，可用于化學(xué)反應(yīng)中的催化劑，如在石油化工、環(huán)境保護(hù)、新能源開發(fā)等領(lǐng)域的催化反應(yīng)中，提高反應(yīng)效率和選擇性.