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江苏激光联盟导读：
本文探讨了激光熔覆高熵合金的研究现状、发展趋势及应用前景 。 本文为第一部分 。
摘要
高熵合金（HEAs）是一类有前途的金属材料 ， 吸引了材料科学和工程的世界 。 这些耐人寻味的材料在恶劣的环境和苛刻条件下的涂料中证明了它们的价值 。 激光熔覆（LC）是一种应用于表面改性的非线性复杂 ， 多学科和现代技术 。 与传统合金相比 ， HEAs的更高级性能使研究界能够探索激光包覆高熵合金涂层（LC-HEAC） 。 .本文综述了LC-HEAC的最新趋势 ， 旨在探讨LC技术在HEA材料中的应用 ， 工艺参数对LC-HEAC几何和冶金特性的影响 。 阐明了不仅限于微裂纹和残余应力的常见缺陷 ， 以及提高LC-HEAC质量的技术 。
此外 ， 还说明了热动力学效应 ， 热力学行为 ， 微观结构演变和强化机制 ， 以更好地理解激光 - 材料相互作用 。 LC-HEAC的潜在应用范围包括耐磨性、耐腐蚀性、耐侵蚀性和抗氧化性及其相应的基材 。 本文还强调了在行业中实际实施LC-HEAC之前 ， 在需要应对的关键挑战背景下的研究差距 ， 当前趋势和可能的未来方向 。 由于HEA设计的元件构成多种多样 ， 以及优异的机械和功能性能 ， LC-HEAC将在未来几年内蓬勃发展 。
1 ， 介绍
高性能领域不断变化的需求对材料性能的改善在材料科学领域至关重要 ， 这就是为什么传统金属合金的研究正在冶金领域进行 。 传统的合金是通过控制混合高比例的基元素和小比例的次元素来制造的 。 基元素的权重通常在50-90%之间 。 但是 ， 由于碱元素的溶解度有限 ， 控制二次元素的比例至关重要 。 这些元素的比例是通过相图来控制的 ， 相图有助于提高它们的效率 。 超过主要元素的溶解度极限会引起脆化 ， 在合金中产生不必要的析出物 。 例如 ， 镍基高温合金也因其在高性能领域中优越的机械性能而为人所知 ， 可在1100?°C的高温下工作 。 然而 ， 由于某些限制 ， 这些合金在许多冶金领域仍无法应用 。
合金化学复杂度随时间呈上升趋势 。 请注意 ， “IMs”代表金属间化合物或金属化合物 ， “HEA”代表高熵合金 。
金属和合金在人类文明进程中一直扮演着重要的角色 。 历史上 ， 人类的远古时代是以金属或合金命名的 ， 这些金属或合金被发现、制造并广泛使用 。 如图所示 ， 这包括持续了1000多年的青铜器时代和持续了3000多年的铁器时代在合金发展的早期努力中 ， 通常选择一种原金属 ， 并与低浓度的其他元素合金 ， 以改善原金属的性能 。 这种合金设计模式盛行了数千年 。 今天 ， 许多重要合金的设计都遵循这一经典的合金设计范式 ， 包括铁基合金 ， 2铝基合金 ， 34镁基合金 ， 5钛基合金 ， 6和镍基高温合金然而 ， 现代合金的化学成分要复杂得多 ， 以满足日益增长的功能和结构性能的需求 。 例如 ， 典型的镍基高温合金(Inconel 718)8至少由13种元素组成 ， 而典型的zr基大块非晶合金9则由5种元素组成 。 简而言之 ， 现代合金的发展似乎仍然受制于经典的设计范式;然而 ， 有一个普遍的趋势 ， 这种设计的合金的化学复杂性随着时间稳步增加 ， 如上图所示 。
Yeh等和Cantor等试图探索多组分相图的处女地 ， 并通过发现高熵合金(HEAs)彻底改变了物理冶金领域 。 以前 ， 人们认为一种或两种主要元素结合形成合金 。 Yeh假设HEA可以通过将多个元素(至少5个)合金化 ， 其中每个元素的浓度为5-35%(接近等摩尔) 。 这个概念与传统的主要素方法完全不同 。 根据二元或三元相图的信息 ， 在多组分体系中 ， 五种或五种以上元素的存在导致了不同类型的相和金属间化合物(IMCs) 。 然而 ， 多种元素的随机混合增加了构型熵(ΔSconf) ， 使其如此之高 ， 以至于克服了化合物形成的自由能(焓) ， 从而稳定了简单面心立方(FCC)、底心立方(BCC)、或最紧密的六边形结构(HCP) 。 这也有助于防止IMC的形成 。 传统合金和HEAs的原子结构差异如图1所示 。 在文献中偶尔出现的其他HEAs名称有:多主元合金、多组分合金、复合浓缩合金、无基合金和复合成分合金 。
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