CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金：成分設(shè)計(jì)、力學(xué)性能及應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義在材料科學(xué)的漫長(zhǎng)發(fā)展歷程中，合金材料始終占據(jù)著舉足輕重的地位，從早期人類使用的青銅合金開(kāi)啟青銅時(shí)代，到鋼鐵合金引領(lǐng)工業(yè)革命，合金材料的性能不斷提升，推動(dòng)著人類社會(huì)持續(xù)進(jìn)步。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念主要是以一種或兩種金屬元素作為主要合金元素，再添加少量其他元素來(lái)改善其性能。這種設(shè)計(jì)策略在一定程度上限制了合金性能的進(jìn)一步提升，并且隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)摻入多種合金元素時(shí)，極有可能形成金屬間化合物，導(dǎo)致材料變脆，使得傳統(tǒng)合金在面對(duì)日益嚴(yán)苛的使用要求時(shí)，逐漸暴露出局限性。為了突破傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)的瓶頸，2004年，臺(tái)灣清華大學(xué)葉均蔚等人與牛津大學(xué)B.Cantor等人創(chuàng)新性地提出了高熵合金（High-entropyalloys，簡(jiǎn)稱HEA）的概念。高熵合金一般是指利用五種或五種以上等量或大約等量的金屬形成的合金，其主要元素的原子百分比都不超過(guò)35%，次要元素小于5%。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，極大地拓展了金屬材料成分設(shè)計(jì)范圍。其獨(dú)特的多主元特性，使其具備高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、雞尾酒效應(yīng)和遲滯擴(kuò)散效應(yīng)等，這些效應(yīng)賦予了高熵合金一系列優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性、耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性以及低溫韌性等，在航空航天、汽車、能源、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。共晶高熵合金作為高熵合金領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，自2014年大連理工大學(xué)盧一平教授開(kāi)創(chuàng)這一分類以來(lái)，受到了廣泛關(guān)注。共晶高熵合金是指在某些溫度下能形成共晶結(jié)構(gòu)的高熵合金，共晶結(jié)構(gòu)是指兩種或多種固相在某一溫度下同時(shí)結(jié)晶而形成的組織。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其兼具共晶合金和高熵合金的優(yōu)點(diǎn)，不僅具有良好的鑄造流動(dòng)性，不易發(fā)生偏析，能夠有效解決高熵合金鑄造性能差和成分偏析嚴(yán)重的問(wèn)題，還具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，如高強(qiáng)度與良好塑性的平衡、出色的高溫蠕變抗力等。同時(shí)，共晶高熵合金的組織可控，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)和工藝調(diào)控，可以獲得具有特定性能的材料，滿足不同工程領(lǐng)域的需求。CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金作為共晶高熵合金中的一種，由于其成分中含有Co、Fe、Ni等元素，使其在力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其中，Co元素能夠提高合金的強(qiáng)度和硬度，增強(qiáng)其抗氧化和耐腐蝕性能；Fe元素是合金的主要組成部分，對(duì)合金的強(qiáng)度和韌性有重要影響；Ni元素可以改善合金的塑性和韌性，提高其耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性；而Cr元素則能進(jìn)一步增強(qiáng)合金的抗氧化和耐腐蝕能力，并且對(duì)合金的組織結(jié)構(gòu)和相組成產(chǎn)生影響。M元素（如Mo、V、Nb等微量元素）的加入，還可以通過(guò)固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等機(jī)制，進(jìn)一步優(yōu)化合金的性能。因此，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金在航空航天領(lǐng)域，可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪盤(pán)等關(guān)鍵部件，其優(yōu)異的高溫性能和力學(xué)性能能夠保證部件在極端工況下穩(wěn)定運(yùn)行；在能源領(lǐng)域，可應(yīng)用于核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、石油化工設(shè)備等，良好的耐腐蝕性和抗輻照性能使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境；在汽車制造領(lǐng)域，可用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速器齒輪等零部件，提高零部件的強(qiáng)度和耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。然而，目前對(duì)于CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的研究仍處于發(fā)展階段，雖然已取得了一些成果，但在成分設(shè)計(jì)、制備工藝、性能優(yōu)化以及作用機(jī)制等方面仍存在許多亟待解決的問(wèn)題。例如，如何通過(guò)精準(zhǔn)的成分設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)合金性能的定向調(diào)控，以滿足不同領(lǐng)域的特定需求；制備過(guò)程中如何進(jìn)一步提高合金的質(zhì)量，減少缺陷的產(chǎn)生；合金在復(fù)雜服役環(huán)境下的長(zhǎng)期性能演變規(guī)律尚不明確等。因此，深入開(kāi)展CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)與力學(xué)性能研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論意義方面來(lái)看，對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的研究有助于深入理解多主元合金體系中元素間的相互作用、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，豐富和完善高熵合金的理論體系。通過(guò)研究合金的成分設(shè)計(jì)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響規(guī)律，可以揭示共晶高熵合金的強(qiáng)化機(jī)制、變形機(jī)制和斷裂機(jī)制等，為新型合金材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。從實(shí)際應(yīng)用價(jià)值角度出發(fā)，通過(guò)優(yōu)化CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)和制備工藝，提高其力學(xué)性能和綜合性能，可以使其更好地滿足航空航天、能源、汽車等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨?，推?dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和發(fā)展。同時(shí)，降低合金的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有助于促進(jìn)共晶高熵合金的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供新的材料選擇，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自2004年高熵合金概念被提出以來(lái)，該領(lǐng)域的研究取得了顯著進(jìn)展，眾多學(xué)者圍繞高熵合金的成分設(shè)計(jì)、制備工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能等方面展開(kāi)了深入研究。而對(duì)于CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金這一特定體系，國(guó)內(nèi)外的研究也呈現(xiàn)出多元化的態(tài)勢(shì)。在成分設(shè)計(jì)方面，國(guó)外學(xué)者較早開(kāi)展相關(guān)研究。例如，美國(guó)某研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，研究了不同M元素（如Mo、Nb等）添加量對(duì)CoFeNiM共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)的影響。他們利用CALPHAD（計(jì)算相圖）方法，預(yù)測(cè)了合金在不同成分下的相組成和凝固路徑，發(fā)現(xiàn)適量添加Mo元素可以細(xì)化合金的共晶組織，提高合金的強(qiáng)度。歐洲的研究人員則側(cè)重于從原子尺寸差異、混合焓等角度，探索CoFeNiCrM共晶高熵合金成分與相結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，提出了基于原子參數(shù)的成分設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為合金成分的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)研究中也取得了豐碩成果。大連理工大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用第一性原理計(jì)算，系統(tǒng)研究了多種合金元素在CoFeNiCr基共晶高熵合金中的固溶行為和相互作用，揭示了元素間的電子結(jié)構(gòu)特征對(duì)合金相穩(wěn)定性的影響規(guī)律。北京科技大學(xué)的研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了微量元素（如B、C等）對(duì)CoFeNiM共晶高熵合金凝固組織和性能的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)微量B元素的加入可以顯著改善合金的鑄造性能，細(xì)化晶粒，提高合金的綜合力學(xué)性能。在力學(xué)性能研究方面，國(guó)外對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金力學(xué)性能的研究起步較早。日本的科研人員對(duì)CoFeNiCrMo共晶高熵合金進(jìn)行了室溫拉伸實(shí)驗(yàn)和高溫壓縮實(shí)驗(yàn)，分析了合金的變形機(jī)制和強(qiáng)化機(jī)制。研究表明，該合金在室溫下具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，主要?dú)w因于固溶強(qiáng)化和共晶組織的協(xié)調(diào)變形；在高溫下，合金的變形主要受位錯(cuò)滑移和擴(kuò)散蠕變控制。德國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)利用原位拉伸實(shí)驗(yàn)技術(shù)，結(jié)合高分辨透射電子顯微鏡觀察，深入研究了CoFeNiM共晶高熵合金在拉伸過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)演變和斷裂機(jī)制，發(fā)現(xiàn)合金中的第二相粒子在變形過(guò)程中起到了阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和誘發(fā)加工硬化的作用。國(guó)內(nèi)在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金力學(xué)性能研究方面也取得了一系列重要成果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員對(duì)不同熱處理狀態(tài)下的CoFeNiCrV共晶高熵合金進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)分析，研究了熱處理工藝對(duì)合金力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，合適的固溶處理和時(shí)效處理可以優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)，提高合金的強(qiáng)度和韌性。西北工業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了CoFeNiM共晶高熵合金在不同應(yīng)變率下的力學(xué)行為和變形機(jī)制，揭示了應(yīng)變率對(duì)合金位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和孿晶形成的影響規(guī)律，為合金在不同服役條件下的性能預(yù)測(cè)提供了理論支持。盡管國(guó)內(nèi)外在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)與力學(xué)性能研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足和空白。在成分設(shè)計(jì)方面，目前的研究主要集中在有限的幾種合金元素組合，對(duì)于更多元化的元素體系研究較少，難以全面揭示元素間復(fù)雜的相互作用和合金性能的變化規(guī)律。同時(shí)，現(xiàn)有的成分設(shè)計(jì)方法大多基于經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停狈珳?zhǔn)的理論預(yù)測(cè)模型，導(dǎo)致成分設(shè)計(jì)的效率較低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)合金性能的快速定制需求。在力學(xué)性能研究方面，雖然對(duì)合金在常溫下的力學(xué)性能研究較為深入，但對(duì)于其在高溫、低溫、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)以及動(dòng)態(tài)加載等極端條件下的力學(xué)性能研究還相對(duì)不足。此外，關(guān)于合金的疲勞性能、蠕變性能以及斷裂韌性等關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)的研究也不夠系統(tǒng)和全面，這限制了CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金在一些對(duì)材料性能要求苛刻的工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。在微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)研究方面，雖然已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但對(duì)于一些復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)特征（如納米級(jí)析出相、晶界結(jié)構(gòu)等）對(duì)合金力學(xué)性能的影響機(jī)制還不夠明確，需要進(jìn)一步深入研究。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探究CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)與力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為其在航空航天、能源、汽車等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。具體研究目標(biāo)如下：優(yōu)化成分設(shè)計(jì)方法：通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，建立CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)模型，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)合金的相組成和凝固路徑，實(shí)現(xiàn)合金成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得滿足特定性能需求的合金成分體系。揭示力學(xué)性能影響因素：系統(tǒng)研究合金成分、微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，明確各元素的作用機(jī)制以及微觀結(jié)構(gòu)特征（如晶粒尺寸、相分布、第二相粒子等）對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律，為合金的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。提高合金綜合性能：基于成分設(shè)計(jì)與力學(xué)性能的研究結(jié)果，通過(guò)調(diào)整合金成分和制備工藝，提高CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的綜合力學(xué)性能，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等，使其能夠更好地滿足實(shí)際工程應(yīng)用的要求。完善作用機(jī)制理論：深入研究CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的強(qiáng)化機(jī)制、變形機(jī)制和斷裂機(jī)制，完善共晶高熵合金的作用機(jī)制理論，豐富和發(fā)展高熵合金材料科學(xué)理論體系。圍繞上述研究目標(biāo)，本研究將開(kāi)展以下具體內(nèi)容：合金成分設(shè)計(jì)與制備：基于CALPHAD方法和第一性原理計(jì)算，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研究不同M元素（如Mo、V、Nb、Ti等）的種類和含量對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)的影響。通過(guò)計(jì)算合金的混合焓、混合熵、原子尺寸差異等參數(shù)，預(yù)測(cè)合金的相穩(wěn)定性和凝固路徑，篩選出具有潛在優(yōu)異性能的合金成分。采用真空電弧熔煉、感應(yīng)熔煉等方法制備CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金鑄錠，并對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化處理、熱加工處理（如鍛造、軋制等）和熱處理（如固溶處理、時(shí)效處理等），以獲得不同組織結(jié)構(gòu)和性能的合金試樣。微觀結(jié)構(gòu)表征：運(yùn)用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、電子背散射衍射（EBSD）等先進(jìn)的材料表征技術(shù)，對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面表征。分析合金的相組成、相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸與形貌、晶界特征、第二相粒子的種類、尺寸、分布和形態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)信息，研究合金在凝固過(guò)程中的組織演變規(guī)律以及熱處理對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響。力學(xué)性能測(cè)試與分析：對(duì)制備的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金試樣進(jìn)行全面的力學(xué)性能測(cè)試，包括室溫拉伸性能、壓縮性能、硬度測(cè)試、沖擊韌性測(cè)試、疲勞性能測(cè)試、高溫力學(xué)性能測(cè)試（如高溫拉伸、高溫蠕變等）以及斷裂韌性測(cè)試等。通過(guò)分析力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)，研究合金成分、微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，建立力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量關(guān)系模型。運(yùn)用位錯(cuò)理論、細(xì)晶強(qiáng)化理論、析出強(qiáng)化理論等材料科學(xué)理論，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果，深入分析合金的強(qiáng)化機(jī)制、變形機(jī)制和斷裂機(jī)制，揭示力學(xué)性能的本質(zhì)影響因素。合金性能優(yōu)化與應(yīng)用探索：根據(jù)成分設(shè)計(jì)、微觀結(jié)構(gòu)表征和力學(xué)性能研究的結(jié)果，提出CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金性能優(yōu)化的方法和途徑。通過(guò)調(diào)整合金成分、優(yōu)化制備工藝和熱處理制度，進(jìn)一步提高合金的綜合力學(xué)性能和其他性能（如耐腐蝕性、抗氧化性等）。探索CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金在航空航天、能源、汽車等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)進(jìn)行模擬和評(píng)估，為其工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。1.4研究方法與技術(shù)路線為了深入探究CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)與力學(xué)性能，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段，制備不同成分的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金，并對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試分析。在合金制備過(guò)程中，選用高純度的Co、Fe、Ni、Cr以及M元素（如Mo、V、Nb、Ti等）作為原材料，按照預(yù)定的成分比例，采用真空電弧熔煉或感應(yīng)熔煉等方法進(jìn)行熔煉，制備出合金鑄錠。為消除鑄錠中的成分偏析和殘余應(yīng)力，對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化處理，隨后進(jìn)行熱加工處理（如鍛造、軋制等），改善合金的組織結(jié)構(gòu)和性能。對(duì)熱加工后的合金進(jìn)行不同工藝的熱處理（如固溶處理、時(shí)效處理等），獲得具有不同組織結(jié)構(gòu)和性能的合金試樣。利用X射線衍射（XRD）技術(shù)，精確測(cè)定合金的相組成和晶體結(jié)構(gòu)；運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM），深入觀察合金的微觀組織形貌、晶粒尺寸、相分布以及第二相粒子的特征；采用電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)，分析合金的晶界特征和晶體取向分布。對(duì)制備的合金試樣進(jìn)行室溫拉伸、壓縮、硬度、沖擊韌性、疲勞、高溫拉伸、高溫蠕變以及斷裂韌性等力學(xué)性能測(cè)試，全面獲取合金在不同條件下的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。模擬計(jì)算法：借助模擬計(jì)算方法，深入研究合金的成分與性能之間的關(guān)系，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)和預(yù)測(cè)依據(jù)。運(yùn)用CALPHAD（計(jì)算相圖）方法，基于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，計(jì)算合金的相平衡關(guān)系、凝固路徑以及不同溫度下的相組成，預(yù)測(cè)合金在不同成分和工藝條件下的組織演變，為合金成分設(shè)計(jì)和熱處理工藝優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。采用第一性原理計(jì)算，從原子尺度出發(fā)，研究合金中原子的電子結(jié)構(gòu)、原子間相互作用以及晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，深入理解合金元素對(duì)合金性能的影響機(jī)制，為合金成分的選擇和優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，模擬合金在不同加載條件下的變形過(guò)程，觀察位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、孿晶形成以及裂紋擴(kuò)展等微觀機(jī)制，揭示合金的變形機(jī)制和斷裂機(jī)制，為合金力學(xué)性能的改善提供理論支持。本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示，首先基于CALPHAD方法和第一性原理計(jì)算，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研究不同M元素（如Mo、V、Nb、Ti等）的種類和含量對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)的影響，篩選出具有潛在優(yōu)異性能的合金成分，并進(jìn)行合金制備。對(duì)制備的合金進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征和力學(xué)性能測(cè)試，分析合金成分、微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，深入研究合金的強(qiáng)化機(jī)制、變形機(jī)制和斷裂機(jī)制。根據(jù)研究結(jié)果，提出合金性能優(yōu)化的方法和途徑，探索其在航空航天、能源、汽車等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，為CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。圖1-1技術(shù)路線圖二、共晶高熵合金的基本理論2.1高熵合金的基本概念高熵合金（High-entropyalloys，簡(jiǎn)稱HEA）是21世紀(jì)初材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，它打破了傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)的思維定式，為新型合金材料的研發(fā)開(kāi)辟了嶄新的道路。高熵合金一般是指由五種或五種以上主要元素組成，且各主要元素的原子百分比均在5%-35%之間，次要元素小于5%的合金體系。這種獨(dú)特的成分設(shè)計(jì)使得合金中存在大量不同種類的原子，極大地增加了原子排列的混亂程度，從而產(chǎn)生了高熵效應(yīng)。從熱力學(xué)角度來(lái)看，熵是描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量，高熵合金中多種元素的混合使得其構(gòu)型熵顯著高于傳統(tǒng)合金。根據(jù)混合熵的計(jì)算公式\DeltaS_{mix}=-R\sum_{i=1}^{n}c_{i}\lnc_{i}（其中R為氣體常數(shù)，c_{i}為第i種元素的原子分?jǐn)?shù)，n為元素種類數(shù)），當(dāng)n增大且各元素原子分?jǐn)?shù)相近時(shí)，\DeltaS_{mix}會(huì)明顯增大。例如，對(duì)于由五種等原子比元素組成的高熵合金，其混合熵\DeltaS_{mix}可達(dá)1.61R，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)合金中通常小于0.6R的混合熵值。與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金在成分和性能上存在諸多顯著差異。在成分方面，傳統(tǒng)合金通常是以一種或兩種金屬元素為基體，添加少量其他合金元素來(lái)改善性能，如碳鋼是以鐵為基體，添加少量的碳元素來(lái)提高強(qiáng)度；而高熵合金中各主要元素的含量相當(dāng)，沒(méi)有明顯的主次之分，各元素原子在晶格中隨機(jī)分布，形成了高度混亂的原子排列狀態(tài)。這種獨(dú)特的成分分布使得高熵合金的晶體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜多樣，除了常見(jiàn)的面心立方（FCC）、體心立方（BCC）結(jié)構(gòu)外，還可能出現(xiàn)一些特殊的結(jié)構(gòu)，如密排六方（HCP）結(jié)構(gòu)以及多種結(jié)構(gòu)共存的情況。在性能方面，高熵合金展現(xiàn)出了一系列優(yōu)異的特性，這些特性使其在眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。高熵合金具有較高的強(qiáng)度和硬度。由于多種元素的加入，原子尺寸差異導(dǎo)致晶格畸變，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的晶格畸變效應(yīng)，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。研究表明，一些高熵合金的硬度可比傳統(tǒng)合金提高數(shù)倍，如CoCrFeNiMo高熵合金的硬度顯著高于單一元素組成的金屬以及傳統(tǒng)的二元或三元合金。高熵合金還具有良好的耐磨性。其復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和高硬度特性，使其在摩擦過(guò)程中能夠有效抵抗磨損，延長(zhǎng)使用壽命。在一些需要耐磨性能的機(jī)械部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、軸承等應(yīng)用中，高熵合金表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)合金的耐磨性。高熵合金的耐腐蝕性也較為出色。多種元素的協(xié)同作用形成了致密的鈍化膜，提高了合金的耐腐蝕性能。在一些腐蝕性環(huán)境中，如海洋、化工等領(lǐng)域，高熵合金能夠有效抵抗腐蝕介質(zhì)的侵蝕，保持材料的性能穩(wěn)定。在海洋工程中，使用高熵合金制造的零部件能夠在海水環(huán)境中長(zhǎng)期使用，減少了因腐蝕而導(dǎo)致的設(shè)備損壞和維護(hù)成本。高熵合金還具有良好的高溫穩(wěn)定性，在高溫下能夠保持較好的力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，適用于航空航天、能源等領(lǐng)域的高溫部件。如一些難熔高熵合金在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度和抗氧化性能，可用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和可靠性。2.2共晶高熵合金的特性與優(yōu)勢(shì)共晶高熵合金作為高熵合金家族中的重要成員，具有獨(dú)特的凝固行為和微觀組織特征，這些特性賦予了它在鑄造性能、力學(xué)性能等多方面的顯著優(yōu)勢(shì)，使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。共晶高熵合金的凝固行為與傳統(tǒng)合金存在明顯差異。在凝固過(guò)程中，共晶高熵合金遵循共晶反應(yīng)機(jī)制，即在一定溫度下，液相同時(shí)凝固形成兩種或多種不同相的混合物，這種反應(yīng)方式使得合金的凝固區(qū)間相對(duì)較窄。與傳統(tǒng)高熵合金相比，其鑄造流動(dòng)性得到了顯著改善。傳統(tǒng)高熵合金由于元素種類多、原子尺寸差異大等原因，導(dǎo)致其液相線和固相線溫度間隔較大，熔體粘度高，鑄造流動(dòng)性差，在鑄造過(guò)程中容易出現(xiàn)縮孔、疏松等缺陷。而共晶高熵合金在凝固時(shí)，共晶反應(yīng)的快速進(jìn)行使得熔體能夠迅速填充鑄型，減少了缺陷的產(chǎn)生，提高了鑄件的質(zhì)量和成品率。從微觀組織特征來(lái)看，共晶高熵合金通常呈現(xiàn)出規(guī)則排列的層片或棒狀共晶組織，這種組織是由兩種或多種不同相通過(guò)共晶生長(zhǎng)方式形成的原位復(fù)合材料。其中，高強(qiáng)度相（如體心立方BCC結(jié)構(gòu)的金屬間化合物或密排六方HCP結(jié)構(gòu)相）和高塑性相（如面心立方FCC相）相互交織，形成了獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。這種雙相或多相結(jié)構(gòu)使得共晶高熵合金能夠充分發(fā)揮各相的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與韌性的良好匹配。在一些CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中，F(xiàn)CC相具有良好的塑性和韌性，能夠在受力時(shí)發(fā)生較大的塑性變形，而B(niǎo)CC相則提供了較高的強(qiáng)度和硬度，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的整體強(qiáng)度。這種微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用使得共晶高熵合金在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的塑性和韌性，克服了傳統(tǒng)合金中強(qiáng)度與塑性相互制約的難題。在鑄造性能方面，共晶高熵合金具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于其良好的鑄造流動(dòng)性，能夠在鑄造過(guò)程中更好地填充復(fù)雜形狀的鑄型，適合制造各種形狀復(fù)雜的零部件。共晶高熵合金不易發(fā)生成分偏析。在傳統(tǒng)高熵合金中，多種元素的混合使得在凝固過(guò)程中元素的擴(kuò)散速度不同，容易導(dǎo)致成分偏析現(xiàn)象，影響合金性能的均勻性。而共晶高熵合金在共晶反應(yīng)過(guò)程中，各元素在不同相中的分配相對(duì)穩(wěn)定，減少了成分偏析的發(fā)生，保證了合金性能的一致性。這使得共晶高熵合金在工業(yè)生產(chǎn)中能夠更方便地進(jìn)行大規(guī)模制備，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。共晶高熵合金的力學(xué)性能也十分優(yōu)異。除了上述提到的強(qiáng)度與韌性的良好平衡外，其還具有出色的高溫蠕變抗力。在高溫環(huán)境下，材料的蠕變行為是影響其使用壽命和可靠性的關(guān)鍵因素之一。共晶高熵合金中規(guī)則的共晶組織和多相結(jié)構(gòu)能夠有效地阻礙位錯(cuò)的滑移和攀移，抑制蠕變變形的發(fā)生。其合金元素之間的相互作用和高熵效應(yīng)也有助于提高合金的高溫穩(wěn)定性，使得共晶高熵合金在高溫下能夠保持較好的力學(xué)性能，適用于航空航天、能源等領(lǐng)域的高溫部件。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫渦輪葉片制造中，共晶高熵合金的高溫蠕變抗力能夠保證葉片在高溫、高應(yīng)力的惡劣工作條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和可靠性。2.3CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的研究現(xiàn)狀近年來(lái)，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金體系受到了廣泛關(guān)注，眾多研究圍繞其成分范圍、組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能表現(xiàn)展開(kāi)，取得了一系列有價(jià)值的成果。在成分范圍方面，研究者們探索了多種M元素（如Mo、V、Nb、Ti等）對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金性能的影響。其中，Mo元素由于其較高的熔點(diǎn)和較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化能力，常被用于提高合金的強(qiáng)度和高溫性能。研究表明，在CoFeNiCrMo共晶高熵合金中，隨著Mo含量的增加，合金的硬度和屈服強(qiáng)度顯著提高，當(dāng)Mo含量達(dá)到一定比例時(shí)，合金中會(huì)形成富Mo的BCC相，與FCC相共同構(gòu)成共晶組織，這種雙相結(jié)構(gòu)有效地提高了合金的強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致塑性有所下降。V元素的加入則可以細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和韌性。在CoFeNiCrV共晶高熵合金中，適量的V元素能夠促進(jìn)細(xì)小的第二相粒子析出，這些粒子均勻分布在基體中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度。V元素還可以細(xì)化晶粒，增加晶界面積，使位錯(cuò)在晶界處的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和韌性。Nb元素具有較大的原子半徑，能夠產(chǎn)生明顯的晶格畸變，增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果。在CoFeNiCrNb共晶高熵合金中，Nb元素的加入使得合金的晶格常數(shù)發(fā)生變化，產(chǎn)生晶格畸變，提高了合金的強(qiáng)度和硬度。同時(shí)，Nb元素還可以與其他元素形成穩(wěn)定的金屬間化合物，這些化合物在合金中起到彌散強(qiáng)化的作用，進(jìn)一步提高合金的性能。Ti元素能夠與合金中的其他元素形成化合物，改善合金的組織結(jié)構(gòu)和性能。在CoFeNiCrTi共晶高熵合金中，Ti元素的加入形成了TiC等硬質(zhì)相，這些相均勻分布在基體中，提高了合金的硬度和耐磨性。Ti元素還可以細(xì)化晶粒，改善合金的塑性和韌性。從組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金通常呈現(xiàn)出典型的共晶組織，由FCC相和BCC相組成，且兩相互相交織，形成層片狀或棒狀結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)賦予了合金優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。FCC相具有良好的塑性和韌性，能夠在受力時(shí)發(fā)生較大的塑性變形，而B(niǎo)CC相則提供了較高的強(qiáng)度和硬度，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的整體強(qiáng)度。在CoFeNiCrMo共晶高熵合金中，F(xiàn)CC相和BCC相的層片狀結(jié)構(gòu)使得合金在拉伸過(guò)程中，F(xiàn)CC相能夠協(xié)調(diào)變形，延緩裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，而B(niǎo)CC相則能夠有效地抵抗變形，提高合金的強(qiáng)度。合金中的共晶組織還具有良好的界面結(jié)合強(qiáng)度，能夠有效地傳遞載荷，提高合金的力學(xué)性能。在性能表現(xiàn)方面，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金展現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的耐腐蝕性和一定的高溫性能。在力學(xué)性能方面，該合金體系通常具有較高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還保持著一定的塑性和韌性。例如，CoFeNiCrV共晶高熵合金的室溫屈服強(qiáng)度可達(dá)800MPa以上，抗拉強(qiáng)度超過(guò)1200MPa，同時(shí)還具有10%左右的延伸率，這得益于合金中第二相粒子的析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化作用。合金中的共晶組織也對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生了重要影響，F(xiàn)CC相和BCC相的協(xié)同作用使得合金在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的塑性和韌性。在耐腐蝕性方面，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中的Cr元素能夠在合金表面形成致密的氧化膜，提高合金的耐腐蝕性能。在模擬海水環(huán)境中，CoFeNiCrMo共晶高熵合金的腐蝕速率明顯低于傳統(tǒng)合金，表現(xiàn)出良好的耐海水腐蝕性能。合金中的其他元素（如Mo、V等）也能夠與Cr元素協(xié)同作用，進(jìn)一步提高合金的耐腐蝕性能。在高溫性能方面，一些CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金在高溫下能夠保持較好的力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。例如，CoFeNiCrMo共晶高熵合金在600℃時(shí)仍具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，能夠滿足一些高溫結(jié)構(gòu)件的使用要求。這主要是由于合金中的合金元素（如Mo、Cr等）能夠提高合金的再結(jié)晶溫度，抑制晶粒長(zhǎng)大，從而保持合金在高溫下的性能穩(wěn)定。三、CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)原理與方法3.1成分設(shè)計(jì)的基本原理CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而關(guān)鍵的任務(wù)，其基本原理涉及多個(gè)重要因素，包括混合熵、混合焓、原子尺寸等，這些因素相互作用，共同影響著合金的相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能表現(xiàn)?；旌响厥歉哽睾辖鸪煞衷O(shè)計(jì)中的一個(gè)核心概念。根據(jù)熱力學(xué)原理，熵是描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量。在高熵合金中，多種元素的混合使得原子排列的混亂程度顯著增加，從而產(chǎn)生了高熵效應(yīng)?；旌响氐挠?jì)算公式為\DeltaS_{mix}=-R\sum_{i=1}^{n}c_{i}\lnc_{i}，其中R為氣體常數(shù)，c_{i}為第i種元素的原子分?jǐn)?shù)，n為元素種類數(shù)。當(dāng)合金中元素種類增多且各元素原子分?jǐn)?shù)相近時(shí)，混合熵會(huì)明顯增大。對(duì)于CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金，通過(guò)合理選擇和控制多種合金元素的比例，使其混合熵達(dá)到一定程度，有助于穩(wěn)定合金的固溶體相結(jié)構(gòu)。較高的混合熵可以降低合金的吉布斯自由能，抑制金屬間化合物的形成，促進(jìn)簡(jiǎn)單固溶體的生成。研究表明，當(dāng)混合熵大于一定閾值時(shí)，合金更容易形成面心立方（FCC）或體心立方（BCC）等簡(jiǎn)單固溶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較好的塑性和韌性?；旌响室彩怯绊懞辖鹣嘟Y(jié)構(gòu)的重要因素?；旌响史从沉撕辖鹬性娱g的相互作用能，其值的大小與元素之間的化學(xué)親和力密切相關(guān)。當(dāng)混合焓為負(fù)值時(shí)，表明元素之間具有較強(qiáng)的吸引力，傾向于形成金屬間化合物；而當(dāng)混合焓為正值時(shí)，元素之間的相互作用較弱，有利于形成固溶體。在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮各元素之間的混合焓，通過(guò)選擇合適的元素組合，使合金的混合焓處于適當(dāng)范圍，以平衡固溶體和金屬間化合物的形成?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整M元素的種類和含量，改變合金中元素間的混合焓，從而調(diào)控合金的相結(jié)構(gòu)和性能。當(dāng)添加具有正混合焓的M元素時(shí)，可以增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果，提高合金的強(qiáng)度和硬度；而添加具有負(fù)混合焓的M元素，則可能促進(jìn)金屬間化合物的形成，對(duì)合金的強(qiáng)度和硬度產(chǎn)生不同的影響。原子尺寸在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)中同樣起著重要作用。不同元素的原子半徑存在差異，當(dāng)這些元素組成合金時(shí)，原子尺寸的不匹配會(huì)導(dǎo)致晶格畸變，產(chǎn)生晶格畸變效應(yīng)。晶格畸變會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。原子尺寸差異還會(huì)影響合金的相穩(wěn)定性和凝固行為。在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中，通過(guò)控制各元素的原子尺寸差異，可以優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)和性能。當(dāng)M元素的原子半徑與Co、Fe、Ni、Cr等元素的原子半徑差異較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的晶格畸變，顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。但過(guò)大的原子尺寸差異也可能導(dǎo)致合金的塑性下降，因此需要在成分設(shè)計(jì)中尋找合適的原子尺寸匹配，以實(shí)現(xiàn)合金綜合性能的優(yōu)化。在實(shí)際的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)中，通常需要綜合考慮混合熵、混合焓和原子尺寸等因素。可以利用一些理論模型和計(jì)算方法，如CALPHAD（計(jì)算相圖）方法、第一性原理計(jì)算等，對(duì)這些因素進(jìn)行定量分析和預(yù)測(cè)，從而為合金成分的選擇和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)CALPHAD方法，可以計(jì)算合金在不同成分和溫度下的相平衡關(guān)系，預(yù)測(cè)合金的凝固路徑和相組成，幫助確定合適的合金成分范圍。第一性原理計(jì)算則可以從原子尺度深入研究合金中原子的電子結(jié)構(gòu)、原子間相互作用以及晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步揭示合金性能與成分之間的內(nèi)在聯(lián)系。3.2常見(jiàn)的成分設(shè)計(jì)方法3.2.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是一種較為傳統(tǒng)且直觀的合金成分設(shè)計(jì)方法，它主要依賴于研究人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)以及反復(fù)的實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)過(guò)程來(lái)確定合金成分。在早期的合金研究中，這種方法被廣泛應(yīng)用，為眾多合金體系的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，研究人員首先會(huì)根據(jù)合金預(yù)期的使用性能和服役環(huán)境，初步選擇可能適用的合金元素。例如，對(duì)于需要具備良好耐腐蝕性的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金，會(huì)優(yōu)先考慮添加Cr元素，因?yàn)镃r能夠在合金表面形成致密的氧化膜，提高合金的耐腐蝕性能。研究人員會(huì)參考以往類似合金體系的研究數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，確定各元素的大致添加范圍。在探索CoFeNiCr-M共晶高熵合金的成分時(shí)，會(huì)參考已有的CoFeNiCr系合金的研究成果，了解不同M元素（如Mo、V、Nb等）在該體系中的作用和適宜添加量。接下來(lái)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，制備不同成分的合金試樣，并對(duì)其進(jìn)行全面的性能測(cè)試，包括力學(xué)性能（如強(qiáng)度、硬度、塑性等）、物理性能（如密度、熱膨脹系數(shù)等）和化學(xué)性能（如耐腐蝕性、抗氧化性等）。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，分析合金成分與性能之間的關(guān)系，對(duì)成分進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，直至獲得性能滿足要求的合金成分。以某研究團(tuán)隊(duì)對(duì)CoFeNiCrMo共晶高熵合金的研究為例，他們最初根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為Mo元素可能會(huì)提高合金的強(qiáng)度和硬度，于是在CoFeNiCr合金的基礎(chǔ)上，嘗試添加不同含量的Mo元素，制備了一系列合金試樣。通過(guò)對(duì)這些試樣進(jìn)行硬度測(cè)試和拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著Mo含量的增加，合金的硬度和屈服強(qiáng)度逐漸提高，但當(dāng)Mo含量超過(guò)一定值時(shí)，合金的塑性明顯下降。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整Mo元素的含量，并綜合考慮其他性能指標(biāo)，最終確定了Mo元素的最佳添加量，使得合金在強(qiáng)度和塑性之間達(dá)到了較好的平衡。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法具有一定的優(yōu)點(diǎn)。它不需要復(fù)雜的理論計(jì)算和高端的設(shè)備支持，操作相對(duì)簡(jiǎn)單直接，能夠快速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于一些對(duì)成分要求不是特別精確，且有豐富經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的合金體系，能夠較為高效地開(kāi)發(fā)出滿足基本性能要求的合金。這種方法能夠充分利用研究人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在一定程度上減少實(shí)驗(yàn)的盲目性。然而，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也存在明顯的局限性。由于該方法主要基于經(jīng)驗(yàn)和試錯(cuò)，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)的盲目性仍然較大，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試工作，這不僅耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力和物力資源，而且效率較低。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法難以深入揭示合金成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于一些復(fù)雜的合金體系，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)合金的性能，不利于合金性能的進(jìn)一步優(yōu)化和新材料的開(kāi)發(fā)。隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)合金性能要求的不斷提高，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法已逐漸難以滿足需求，需要與其他更先進(jìn)的成分設(shè)計(jì)方法相結(jié)合。3.2.2相圖計(jì)算法相圖計(jì)算法（CALPHAD，即CalculationofPhaseDiagrams）是一種基于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，利用相圖計(jì)算軟件來(lái)輔助合金成分設(shè)計(jì)的方法，它在現(xiàn)代合金材料研發(fā)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該方法的基本原理是基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)熱力學(xué)模型來(lái)描述合金體系中各相的吉布斯自由能與成分、溫度之間的關(guān)系。在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金體系中，涉及多種元素的相互作用，相圖計(jì)算法能夠綜合考慮這些元素之間的混合焓、混合熵以及各相的穩(wěn)定性等因素，通過(guò)計(jì)算合金在不同成分和溫度下的相平衡關(guān)系，預(yù)測(cè)合金的凝固路徑和相組成。具體來(lái)說(shuō)，首先需要建立準(zhǔn)確的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含了合金體系中各元素的基本熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如純?cè)氐募妓棺杂赡堋㈧?、熵等，以及各二元、三元和多元系的相互作用參?shù)。這些數(shù)據(jù)是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算得到的，并經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化和驗(yàn)證。在進(jìn)行成分設(shè)計(jì)時(shí)，研究人員將所需設(shè)計(jì)的合金成分和溫度范圍等參數(shù)輸入到相圖計(jì)算軟件（如THERMO-CALC、PANDAT等）中。軟件根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和設(shè)定的熱力學(xué)模型，計(jì)算合金在不同溫度下各相的吉布斯自由能，通過(guò)比較各相的吉布斯自由能大小，確定合金在該溫度下的平衡相組成。通過(guò)改變合金成分和溫度，軟件可以繪制出合金的相圖，直觀地展示合金在不同成分和溫度條件下的相平衡關(guān)系。研究人員可以根據(jù)相圖來(lái)分析合金的凝固過(guò)程，預(yù)測(cè)合金在凝固過(guò)程中可能出現(xiàn)的相轉(zhuǎn)變和組織演變，從而為合金成分的優(yōu)化提供依據(jù)。以某研究團(tuán)隊(duì)利用CALPHAD方法設(shè)計(jì)CoFeNiCrNb共晶高熵合金為例，他們首先在相圖計(jì)算軟件中輸入Co、Fe、Ni、Cr、Nb等元素的相關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了CoFeNiCrNb五元合金體系的熱力學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算，得到了該合金體系在不同成分和溫度下的相圖。從相圖中可以看出，在一定的成分范圍內(nèi)，合金能夠形成共晶組織，并且可以確定共晶反應(yīng)的溫度和相組成。研究人員根據(jù)相圖預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整合金中Nb元素的含量，制備了一系列不同成分的CoFeNiCrNb合金試樣。通過(guò)對(duì)這些試樣的微觀結(jié)構(gòu)分析和性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相圖計(jì)算預(yù)測(cè)基本相符，成功獲得了具有預(yù)期共晶組織和性能的合金。相圖計(jì)算法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。它能夠在實(shí)驗(yàn)之前對(duì)合金的成分和性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，為實(shí)驗(yàn)研究提供明確的指導(dǎo)方向，大大減少了實(shí)驗(yàn)的盲目性和試錯(cuò)成本，提高了合金成分設(shè)計(jì)的效率。該方法可以深入分析合金體系中各元素之間的相互作用和相平衡關(guān)系，有助于揭示合金成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為合金性能的優(yōu)化和新材料的開(kāi)發(fā)提供理論支持。相圖計(jì)算法還可以用于研究合金的熱處理工藝，預(yù)測(cè)熱處理過(guò)程中相的轉(zhuǎn)變和組織演變，優(yōu)化熱處理工藝參數(shù)，提高合金的綜合性能。然而，相圖計(jì)算法也存在一些局限性。該方法依賴于準(zhǔn)確的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和合理的熱力學(xué)模型，而目前的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和模型仍然存在一定的不確定性和誤差，這可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。對(duì)于一些復(fù)雜的合金體系，特別是含有多種微量元素或新元素的合金體系，由于缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究，建立準(zhǔn)確的熱力學(xué)模型較為困難，從而影響相圖計(jì)算的準(zhǔn)確性。相圖計(jì)算法只能預(yù)測(cè)合金在平衡狀態(tài)下的相組成和性能，而實(shí)際合金的制備和使用過(guò)程往往是非平衡的，這也限制了其應(yīng)用范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要將相圖計(jì)算法與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，以獲得更加準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。3.2.3機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)法機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)法是近年來(lái)隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展而興起的一種新型合金成分設(shè)計(jì)方法，它為CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的研發(fā)提供了全新的思路和手段。機(jī)器學(xué)習(xí)是一門(mén)多領(lǐng)域交叉學(xué)科，它通過(guò)構(gòu)建算法模型，讓計(jì)算機(jī)從大量的數(shù)據(jù)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分類。在合金成分設(shè)計(jì)中，機(jī)器學(xué)習(xí)可以充分挖掘合金成分、制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的復(fù)雜關(guān)系，通過(guò)建立預(yù)測(cè)模型，快速篩選出具有潛在優(yōu)異性能的合金成分，大大提高合金設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：首先，需要收集大量的合金相關(guān)數(shù)據(jù)，包括合金成分、制備工藝參數(shù)（如熔煉方法、熱處理工藝等）、微觀結(jié)構(gòu)特征（如晶粒尺寸、相組成、第二相粒子的尺寸和分布等）以及各種性能數(shù)據(jù)（如力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等）。這些數(shù)據(jù)可以來(lái)自于已有的文獻(xiàn)研究、實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及數(shù)據(jù)庫(kù)等。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、歸一化、特征提取等操作，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。數(shù)據(jù)清洗主要是去除數(shù)據(jù)中的噪聲、異常值和缺失值；歸一化是將不同特征的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的尺度范圍內(nèi)，避免某些特征對(duì)模型的影響過(guò)大；特征提取則是從原始數(shù)據(jù)中提取出能夠有效表征合金特性的特征參數(shù)，如原子尺寸差異、混合焓、混合熵、價(jià)電子濃度等。選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，構(gòu)建合金性能預(yù)測(cè)模型。將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，利用訓(xùn)練集對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整模型的參數(shù)，使其能夠準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)到合金成分、微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。使用測(cè)試集對(duì)訓(xùn)練好的模型進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和泛化能力。通過(guò)訓(xùn)練好的模型，輸入不同的合金成分和制備工藝參數(shù)，預(yù)測(cè)合金的性能，從而篩選出滿足性能要求的合金成分。還可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行反向設(shè)計(jì)，即根據(jù)所需的性能指標(biāo)，反推可能的合金成分和制備工藝。以某研究團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)CoFeNiCrV共晶高熵合金為例，他們收集了大量不同成分和工藝條件下的CoFeNiCrV合金及其性能數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建了合金力學(xué)性能預(yù)測(cè)模型。通過(guò)訓(xùn)練模型，使其能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同成分和工藝下合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能。利用該模型，他們對(duì)大量潛在的合金成分進(jìn)行了性能預(yù)測(cè)，快速篩選出了幾種具有較高強(qiáng)度和良好塑性的合金成分。隨后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備了這些合金試樣，并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的力學(xué)性能與模型預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)法的有效性。機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)法具有諸多優(yōu)點(diǎn)。它能夠處理海量的復(fù)雜數(shù)據(jù)，快速挖掘出合金成分與性能之間的潛在關(guān)系，為合金設(shè)計(jì)提供更全面、準(zhǔn)確的信息，大大提高了合金成分設(shè)計(jì)的效率和成功率。機(jī)器學(xué)習(xí)模型具有較強(qiáng)的泛化能力，能夠?qū)ξ磳?shí)驗(yàn)過(guò)的合金成分和性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，拓展了合金設(shè)計(jì)的范圍，有助于發(fā)現(xiàn)新型的合金體系。該方法還可以與其他成分設(shè)計(jì)方法（如相圖計(jì)算法、第一性原理計(jì)算等）相結(jié)合，相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，進(jìn)一步提高合金設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)法也面臨一些挑戰(zhàn)。合金數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量對(duì)模型的性能有很大影響，目前合金領(lǐng)域的數(shù)據(jù)還不夠豐富和完善，數(shù)據(jù)的獲取和整理難度較大，這可能導(dǎo)致模型的訓(xùn)練效果不佳。機(jī)器學(xué)習(xí)模型的可解釋性較差，雖然能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)合金性能，但難以直觀地解釋合金成分與性能之間的內(nèi)在物理機(jī)制，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。模型的訓(xùn)練需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，對(duì)于復(fù)雜的合金體系，計(jì)算成本較高。為了克服這些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)合金數(shù)據(jù)的積累和共享，發(fā)展可解釋性的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以及提高計(jì)算效率和降低計(jì)算成本。3.3CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)實(shí)例分析為了更深入地理解CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的成分設(shè)計(jì)過(guò)程，以下將以CoFeNiCrMo共晶高熵合金為例進(jìn)行詳細(xì)分析。在元素選擇方面，Co、Fe、Ni、Cr是構(gòu)成該合金的基礎(chǔ)元素。Co元素具有良好的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，能夠提高合金在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性；Fe元素是常見(jiàn)的金屬元素，來(lái)源廣泛，價(jià)格相對(duì)較低，在合金中主要起到基體作用，對(duì)合金的強(qiáng)度和韌性有重要影響；Ni元素可以顯著改善合金的塑性和韌性，提高合金的耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性，使其在復(fù)雜環(huán)境下能夠保持較好的性能；Cr元素則是提高合金抗氧化和耐腐蝕能力的關(guān)鍵元素，它能夠在合金表面形成一層致密的氧化膜，有效阻止腐蝕介質(zhì)的侵蝕。Mo元素作為M元素被引入合金體系，主要是因?yàn)槠渚哂休^高的熔點(diǎn)和較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化能力。Mo原子的加入可以產(chǎn)生明顯的晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。Mo元素還能與其他元素形成金屬間化合物，進(jìn)一步增強(qiáng)合金的強(qiáng)化效果。在含量確定過(guò)程中，需要綜合考慮多種因素。通過(guò)CALPHAD方法對(duì)CoFeNiCrMo合金體系進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，預(yù)測(cè)不同成分下合金的相組成和凝固路徑。在初始階段，設(shè)定Co、Fe、Ni、Cr的含量均為20at.%（原子百分比），然后逐步改變Mo元素的含量，從0at.%開(kāi)始，以一定的增量（如2at.%）進(jìn)行增加，計(jì)算不同Mo含量下合金的相圖和熱力學(xué)參數(shù)。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Mo含量較低時(shí)，合金主要由面心立方（FCC）相組成，隨著Mo含量的增加，合金中開(kāi)始出現(xiàn)體心立方（BCC）相，且BCC相的含量逐漸增加。這是因?yàn)镸o元素的加入改變了合金的混合焓和原子尺寸差異，使得合金的相穩(wěn)定性發(fā)生變化。當(dāng)Mo含量達(dá)到一定值（如10at.%）時(shí)，合金形成典型的共晶組織，由FCC相和BCC相相互交織組成。為了驗(yàn)證CALPHAD計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用真空電弧熔煉方法，按照設(shè)計(jì)的成分比例制備了一系列不同Mo含量的CoFeNiCrMo合金試樣。對(duì)制備的合金試樣進(jìn)行X射線衍射（XRD）分析，確定合金的相組成；利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合金的微觀組織形貌，分析共晶組織的形態(tài)和分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與CALPHAD計(jì)算預(yù)測(cè)基本一致，當(dāng)Mo含量為10at.%時(shí)，合金中形成了典型的共晶組織，F(xiàn)CC相和BCC相呈現(xiàn)出層片狀或棒狀的共晶結(jié)構(gòu)。對(duì)不同Mo含量的CoFeNiCrMo合金試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，包括室溫拉伸性能、硬度測(cè)試等。測(cè)試結(jié)果表明，隨著Mo含量的增加，合金的硬度和屈服強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)Mo含量為10at.%時(shí)，合金的硬度達(dá)到HV400以上，屈服強(qiáng)度超過(guò)800MPa，這主要?dú)w因于Mo元素的固溶強(qiáng)化作用以及共晶組織中BCC相的強(qiáng)化效果。Mo元素的加入也導(dǎo)致合金的塑性有所下降，延伸率從Mo含量為0at.%時(shí)的30%左右下降到10at.%時(shí)的15%左右。這是因?yàn)锽CC相的增多使得合金的變形協(xié)調(diào)性變差，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易受阻，從而導(dǎo)致塑性降低。通過(guò)對(duì)CoFeNiCrMo共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)的實(shí)例分析可以看出，在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金成分設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇元素并精確確定其含量，結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能夠有效地調(diào)控合金的相組成、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，從而獲得滿足特定性能需求的合金。四、CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的制備工藝4.1原材料的選擇與預(yù)處理在制備CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金時(shí)，原材料的選擇至關(guān)重要，直接關(guān)系到合金的質(zhì)量和性能。本研究選用高純度的Co、Fe、Ni、Cr以及M元素（如Mo、V、Nb、Ti等）作為原材料，其中Co、Fe、Ni、Cr作為基礎(chǔ)元素，它們的純度均達(dá)到99.9%以上。高純度的Co元素能夠有效保證合金的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，避免因雜質(zhì)元素的存在而降低合金在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性；高純度的Fe元素可確保其在合金中作為基體的穩(wěn)定性，減少雜質(zhì)對(duì)合金強(qiáng)度和韌性的負(fù)面影響；高純度的Ni元素有助于提高合金的塑性、韌性、耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性，避免雜質(zhì)干擾Ni元素發(fā)揮其改善合金性能的作用；高純度的Cr元素能夠更好地在合金表面形成致密的氧化膜，提高合金的抗氧化和耐腐蝕能力，雜質(zhì)的存在可能會(huì)破壞氧化膜的完整性，降低合金的耐腐蝕性能。對(duì)于M元素，同樣選用高純度的材料，其純度也在99.9%以上。以Mo元素為例，高純度的Mo能夠充分發(fā)揮其較高的熔點(diǎn)和較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化能力，若Mo中含有雜質(zhì)，可能會(huì)影響其在合金中的固溶效果，降低對(duì)合金強(qiáng)度和硬度的提升作用。V元素的純度保證有助于其細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和韌性，雜質(zhì)可能會(huì)阻礙V元素對(duì)晶粒的細(xì)化作用以及與其他元素的協(xié)同強(qiáng)化效果。Nb元素的高純度可確保其產(chǎn)生明顯的晶格畸變，增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果，雜質(zhì)的存在可能會(huì)削弱這種晶格畸變和強(qiáng)化作用。Ti元素的高純度能保證其與合金中的其他元素形成穩(wěn)定的化合物，改善合金的組織結(jié)構(gòu)和性能，雜質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致化合物的形成受到干擾，影響合金的性能。在使用這些原材料之前，需要進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理。首先，對(duì)原材料進(jìn)行物理清理，使用砂紙仔細(xì)打磨其表面，去除表面的氧化皮、油污等雜質(zhì)。氧化皮的存在會(huì)影響原材料的純度，在熔煉過(guò)程中可能會(huì)引入氧等雜質(zhì)元素，降低合金的質(zhì)量；油污則可能在熔煉過(guò)程中產(chǎn)生氣體，影響合金的組織結(jié)構(gòu)和性能。打磨后，將原材料放入超聲波清洗機(jī)中，加入適量的無(wú)水乙醇作為清洗劑，進(jìn)行超聲清洗。超聲清洗能夠利用超聲波的空化作用，更徹底地去除原材料表面的微小雜質(zhì)顆粒，清洗時(shí)間控制在30分鐘左右，以確保清洗效果。清洗完成后，將原材料取出，用氮?dú)獯蹈桑匀コ砻鏆埩舻囊掖己退?。殘留的水分在熔煉過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致金屬氧化，影響合金的性能。經(jīng)過(guò)這樣的預(yù)處理，可有效提高原材料的純度，減少雜質(zhì)對(duì)合金性能的不利影響，為制備高質(zhì)量的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金奠定基礎(chǔ)。4.2熔煉與鑄造工藝4.2.1熔煉方法的選擇與比較在制備CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金時(shí)，熔煉方法的選擇對(duì)合金的質(zhì)量和性能有著至關(guān)重要的影響。常見(jiàn)的熔煉方法包括電弧熔煉和感應(yīng)熔煉，它們各自具有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。電弧熔煉是一種廣泛應(yīng)用的熔煉方法，它利用電弧放電產(chǎn)生的高溫來(lái)熔化金屬原料。在電弧熔煉過(guò)程中，電極與金屬原料之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，電弧的溫度可高達(dá)數(shù)千攝氏度，能夠迅速將金屬原料熔化。這種方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，電弧熔煉的熔煉速度較快，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成金屬的熔化過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。由于電弧的高溫作用，能夠使合金元素充分混合，保證合金成分的均勻性。電弧熔煉可以在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，有效避免了金屬在熔煉過(guò)程中與空氣中的氧氣、氮?dú)獾劝l(fā)生反應(yīng)，減少了雜質(zhì)的引入，提高了合金的純度。然而，電弧熔煉也存在一些不足之處。由于電弧的高溫集中在局部區(qū)域，可能會(huì)導(dǎo)致金屬的蒸發(fā)損失，特別是對(duì)于一些低沸點(diǎn)的合金元素，如Zn、Mg等，蒸發(fā)損失更為明顯，這會(huì)影響合金成分的準(zhǔn)確性。電弧熔煉設(shè)備的投資成本較高，對(duì)操作人員的技術(shù)要求也相對(duì)較高，需要專業(yè)的技能和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確保熔煉過(guò)程的順利進(jìn)行。在熔煉過(guò)程中，電弧的穩(wěn)定性對(duì)合金質(zhì)量有較大影響，如果電弧不穩(wěn)定，可能會(huì)導(dǎo)致金屬熔化不均勻，影響合金的性能。感應(yīng)熔煉則是利用電磁感應(yīng)原理，使金屬原料在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流通過(guò)金屬原料時(shí)產(chǎn)生電阻熱，從而使金屬原料熔化。感應(yīng)熔煉具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，感應(yīng)熔煉能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熔煉溫度的精確控制，通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)電流的大小和頻率，可以準(zhǔn)確地控制金屬的熔化溫度，有利于保證合金的質(zhì)量和性能。該方法的加熱速度較快，能夠使金屬迅速達(dá)到熔化溫度，減少了熔煉時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。感應(yīng)熔煉的能量利用率較高，相比其他一些熔煉方法，能夠更有效地利用能源，降低生產(chǎn)成本。感應(yīng)熔煉過(guò)程較為平穩(wěn)，能夠減少金屬的飛濺和氧化，有利于提高合金的質(zhì)量。感應(yīng)熔煉也有其局限性。對(duì)于一些高熔點(diǎn)的合金元素，如W、Mo等，感應(yīng)熔煉可能需要較高的功率和較長(zhǎng)的時(shí)間才能將其完全熔化，這會(huì)增加熔煉成本和時(shí)間。感應(yīng)熔煉設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)相對(duì)復(fù)雜，需要定期檢查和維護(hù)設(shè)備的電氣系統(tǒng)和感應(yīng)線圈等部件，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。在熔煉過(guò)程中，感應(yīng)磁場(chǎng)可能會(huì)對(duì)周圍的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，需要采取相應(yīng)的屏蔽措施。綜合比較電弧熔煉和感應(yīng)熔煉兩種方法，在制備CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金時(shí)，如果對(duì)合金成分的均勻性和純度要求較高，且合金中低沸點(diǎn)元素含量較少，電弧熔煉是一種較為合適的選擇。而如果需要精確控制熔煉溫度，提高能源利用率，并且合金中高熔點(diǎn)元素含量較多，感應(yīng)熔煉則更具優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)條件、合金成分要求以及生產(chǎn)成本等因素，綜合考慮選擇合適的熔煉方法。4.2.2鑄造工藝對(duì)合金組織的影響鑄造工藝是決定CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金微觀組織和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不同的鑄造工藝會(huì)導(dǎo)致合金在凝固過(guò)程中產(chǎn)生不同的溫度場(chǎng)和凝固速率，從而對(duì)合金的凝固組織和性能產(chǎn)生顯著影響。砂型鑄造是一種傳統(tǒng)且應(yīng)用廣泛的鑄造工藝，它以型砂為造型材料，通過(guò)將液態(tài)合金澆入砂型型腔中，待合金凝固后獲得鑄件。在砂型鑄造過(guò)程中，由于型砂的熱導(dǎo)率較低，合金的冷卻速度相對(duì)較慢。這種緩慢的冷卻速度使得合金在凝固過(guò)程中有足夠的時(shí)間進(jìn)行原子擴(kuò)散，有利于形成較為粗大的晶粒組織。粗大的晶粒組織會(huì)導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低，因?yàn)榫Ы鐢?shù)量較少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易，使得合金在受力時(shí)更容易發(fā)生塑性變形。緩慢的冷卻速度還可能導(dǎo)致合金中出現(xiàn)成分偏析現(xiàn)象，即不同元素在合金中的分布不均勻。這是因?yàn)樵谀踢^(guò)程中，不同元素的擴(kuò)散速度不同，一些元素可能會(huì)在某些區(qū)域富集，而另一些區(qū)域則相對(duì)貧化，從而影響合金性能的均勻性。在CoFeNiCrMo共晶高熵合金的砂型鑄造中，Mo元素可能會(huì)在某些晶粒內(nèi)部或晶界處富集，導(dǎo)致合金局部的硬度和強(qiáng)度發(fā)生變化。金屬型鑄造則是利用金屬模具來(lái)成型鑄件的鑄造工藝，與砂型鑄造相比，金屬型具有較高的熱導(dǎo)率。在金屬型鑄造過(guò)程中，液態(tài)合金與金屬型壁接觸后，熱量能夠迅速傳遞給金屬型，使得合金的冷卻速度大大加快?？焖俚睦鋮s速度會(huì)抑制原子的擴(kuò)散，使合金在凝固過(guò)程中形成細(xì)小的晶粒組織。細(xì)小的晶粒組織具有較多的晶界，晶界能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。根據(jù)Hall-Petch公式\sigma=\sigma_0+k_d^{-1/2}（其中\(zhòng)sigma為屈服強(qiáng)度，\sigma_0為與材料相關(guān)的常數(shù)，k為強(qiáng)化系數(shù)，d為晶粒尺寸），晶粒尺寸越小，合金的屈服強(qiáng)度越高?？焖倮鋮s還能減少合金中的成分偏析，使合金成分更加均勻，進(jìn)一步提高合金的性能。在CoFeNiCrV共晶高熵合金的金屬型鑄造中，快速冷卻使得V元素能夠更均勻地分布在合金中，避免了成分偏析，提高了合金的綜合力學(xué)性能?？焖倮鋮s也可能導(dǎo)致合金中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，因?yàn)椴煌课坏睦鋮s速度差異較大，收縮不一致，容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)裂紋等缺陷。除了砂型鑄造和金屬型鑄造外，還有一些其他的鑄造工藝，如熔模鑄造、壓力鑄造等，它們也會(huì)對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的組織和性能產(chǎn)生不同的影響。熔模鑄造能夠制造出形狀復(fù)雜、尺寸精度高的鑄件，但工藝過(guò)程較為復(fù)雜，成本較高。壓力鑄造則是在高壓下將液態(tài)合金注入模具型腔中，能夠獲得組織致密、力學(xué)性能較好的鑄件，但設(shè)備投資較大，且對(duì)模具的要求較高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)合金的成分、性能要求以及生產(chǎn)規(guī)模等因素，選擇合適的鑄造工藝，以獲得理想的合金組織和性能。4.3熱處理工藝4.3.1固溶處理固溶處理是CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金熱處理工藝中的重要環(huán)節(jié)，其主要目的是將合金中的第二相充分溶解到基體中，形成均勻的固溶體，消除鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的成分偏析和殘余應(yīng)力，從而為后續(xù)的性能優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。在進(jìn)行固溶處理時(shí)，工藝參數(shù)的選擇對(duì)合金的組織和性能有著顯著影響。固溶溫度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于CoFeNiCrMo共晶高熵合金，當(dāng)固溶溫度較低時(shí)，如在1000℃以下，合金中的第二相（如富Mo的BCC相）不能充分溶解到基體中，導(dǎo)致合金的組織不均勻，性能也難以得到有效提升。隨著固溶溫度的升高，第二相逐漸溶解，當(dāng)溫度達(dá)到1100℃-1200℃時(shí)，第二相基本完全溶解，合金形成均勻的固溶體，此時(shí)合金的強(qiáng)度和塑性得到較好的平衡。當(dāng)固溶溫度過(guò)高，超過(guò)1250℃時(shí)，合金的晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大，導(dǎo)致晶界數(shù)量減少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易，從而使合金的強(qiáng)度和硬度下降，塑性雖然有所提高，但整體綜合性能變差。固溶時(shí)間同樣對(duì)合金性能有重要影響。在一定范圍內(nèi)，隨著固溶時(shí)間的延長(zhǎng)，合金元素的擴(kuò)散更加充分，第二相溶解更完全，組織均勻性提高。對(duì)于CoFeNiCrMo共晶高熵合金，當(dāng)固溶時(shí)間為2-4小時(shí)時(shí)，合金的性能得到明顯改善，強(qiáng)度和塑性都有一定程度的提高。若固溶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)6小時(shí)，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，還可能導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，降低合金的強(qiáng)度和硬度。為了進(jìn)一步說(shuō)明固溶處理工藝參數(shù)對(duì)合金組織和性能的影響，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。選取CoFeNiCrMo共晶高熵合金，分別在不同的固溶溫度（1050℃、1150℃、1250℃）和固溶時(shí)間（2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)）下進(jìn)行固溶處理。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合金的微觀組織，結(jié)果顯示，在1050℃固溶2小時(shí)的試樣中，第二相未完全溶解，組織中存在明顯的第二相顆粒，分布不均勻；在1150℃固溶4小時(shí)的試樣中，第二相基本溶解，組織均勻，晶粒大小適中；而在1250℃固溶6小時(shí)的試樣中，晶粒明顯長(zhǎng)大，晶界變得模糊。對(duì)這些試樣進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，結(jié)果表明，1150℃固溶4小時(shí)的試樣具有最高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，同時(shí)保持了較好的塑性，延伸率達(dá)到15%左右；1050℃固溶2小時(shí)的試樣強(qiáng)度較低，塑性也較差；1250℃固溶6小時(shí)的試樣強(qiáng)度明顯下降，塑性雖然有所增加，但綜合性能不如1150℃固溶4小時(shí)的試樣。綜上所述，在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的固溶處理過(guò)程中，合理選擇固溶溫度和固溶時(shí)間等工藝參數(shù)至關(guān)重要，通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，可以有效改善合金的組織均勻性，提高合金的綜合力學(xué)性能。4.3.2時(shí)效處理時(shí)效處理是在固溶處理之后進(jìn)行的一種熱處理工藝，其主要作用是通過(guò)在適當(dāng)?shù)臏囟认卤?，使合金中過(guò)飽和的溶質(zhì)原子析出，形成細(xì)小彌散的第二相粒子，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度，這種強(qiáng)化機(jī)制被稱為析出強(qiáng)化。在時(shí)效過(guò)程中，合金的組織和性能會(huì)發(fā)生一系列變化。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合金中過(guò)飽和的溶質(zhì)原子逐漸聚集并析出，形成第二相粒子。在時(shí)效初期，析出的第二相粒子尺寸較小，數(shù)量較多，它們均勻地分布在基體中，能夠有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。對(duì)于CoFeNiCrV共晶高熵合金，在時(shí)效初期，V元素會(huì)從固溶體中析出，形成細(xì)小的VC粒子，這些粒子彌散分布在基體中，使得合金的硬度迅速增加，屈服強(qiáng)度也明顯提高。隨著時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，第二相粒子會(huì)逐漸長(zhǎng)大，數(shù)量減少，粒子之間的間距增大。此時(shí)，位錯(cuò)更容易繞過(guò)第二相粒子，導(dǎo)致合金的強(qiáng)化效果減弱，強(qiáng)度和硬度開(kāi)始下降。當(dāng)CoFeNiCrV共晶高熵合金時(shí)效時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，VC粒子長(zhǎng)大，合金的硬度和強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。時(shí)效溫度對(duì)合金的組織和性能也有重要影響。較高的時(shí)效溫度會(huì)加速溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和第二相粒子的析出，使得時(shí)效過(guò)程更快完成，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致第二相粒子的長(zhǎng)大速度加快。在較高溫度下時(shí)效的CoFeNiCrMo共晶高熵合金，Mo元素的擴(kuò)散速度加快，第二相粒子迅速析出并長(zhǎng)大，雖然在時(shí)效初期合金的強(qiáng)度和硬度提高較快，但很快就會(huì)因?yàn)榱Ｗ拥拈L(zhǎng)大而下降。較低的時(shí)效溫度則會(huì)使溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度減慢，時(shí)效過(guò)程變得緩慢，需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到較好的強(qiáng)化效果。如果時(shí)效溫度過(guò)低，可能會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)原子難以擴(kuò)散，無(wú)法有效析出第二相粒子，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化目的。為了深入研究時(shí)效處理對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金組織和性能的影響，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。以CoFeNiCrMo共晶高熵合金為研究對(duì)象，在不同的時(shí)效溫度（500℃、550℃、600℃）和時(shí)效時(shí)間（2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)）下進(jìn)行時(shí)效處理。利用透射電子顯微鏡（TEM）觀察合金的微觀組織，分析第二相粒子的尺寸、數(shù)量和分布情況。結(jié)果表明，在550℃時(shí)效4小時(shí)的試樣中，第二相粒子尺寸適中，數(shù)量較多，均勻分布在基體中，此時(shí)合金的強(qiáng)度和硬度達(dá)到最大值。在500℃時(shí)效時(shí)，由于溫度較低，溶質(zhì)原子擴(kuò)散慢，第二相粒子析出量較少，合金的強(qiáng)化效果不明顯；在600℃時(shí)效時(shí)，溫度較高，第二相粒子長(zhǎng)大速度快，在時(shí)效后期強(qiáng)度和硬度下降明顯。對(duì)這些試樣進(jìn)行硬度測(cè)試和拉伸性能測(cè)試，結(jié)果與微觀組織分析一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了時(shí)效溫度和時(shí)間對(duì)合金組織和性能的影響規(guī)律。時(shí)效處理在CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的性能優(yōu)化中起著關(guān)鍵作用，通過(guò)合理控制時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間，可以使合金獲得最佳的析出強(qiáng)化效果，從而提高合金的綜合力學(xué)性能。五、CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的力學(xué)性能研究5.1力學(xué)性能測(cè)試方法為了全面、準(zhǔn)確地評(píng)估CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的力學(xué)性能，采用了多種測(cè)試方法，每種方法都從不同角度揭示合金的力學(xué)特性。拉伸試驗(yàn)是研究材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)且重要的手段，它能夠直接反映材料在靜載荷拉伸作用下的行為。本研究依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在試驗(yàn)前，首先使用線切割設(shè)備從合金鑄錠上切割出標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，試樣的形狀和尺寸嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求加工，標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，直徑為10mm。隨后，使用砂紙對(duì)試樣表面進(jìn)行打磨，去除表面的加工痕跡和氧化層，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。將制備好的拉伸試樣安裝在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上，采用位移控制模式，以0.5mm/min的拉伸速率進(jìn)行加載。在拉伸過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)采集載荷和位移數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用專門(mén)的數(shù)據(jù)分析軟件繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，可以準(zhǔn)確獲取合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)。屈服強(qiáng)度是指材料開(kāi)始發(fā)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力，它反映了材料抵抗微量塑性變形的能力；抗拉強(qiáng)度是材料在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力，代表了材料的極限承載能力；延伸率則表示材料在斷裂時(shí)的塑性變形程度，是衡量材料塑性的重要指標(biāo)。硬度測(cè)試是一種簡(jiǎn)單且快速的力學(xué)性能測(cè)試方法，它可以間接反映材料的強(qiáng)度、耐磨性等性能。本研究采用維氏硬度測(cè)試方法，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試前，將合金試樣進(jìn)行機(jī)械拋光，使其表面粗糙度達(dá)到Ra0.1μm以下，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。使用維氏硬度計(jì)，選擇500gf的試驗(yàn)力，加載時(shí)間為15s。在試樣表面均勻選取5個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的距離不小于壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的2.5倍，以避免測(cè)試點(diǎn)之間的相互影響。對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試后，取5個(gè)測(cè)試點(diǎn)硬度值的平均值作為該合金的維氏硬度值。維氏硬度值越大，表明材料的硬度越高，抵抗塑性變形的能力越強(qiáng)，通常也意味著材料具有較好的耐磨性。沖擊試驗(yàn)主要用于評(píng)估材料在沖擊載荷下的韌性，即材料在受到?jīng)_擊負(fù)荷時(shí)吸收能量的能力。本研究依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-2020《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行夏比沖擊試驗(yàn)。使用線切割設(shè)備將合金加工成標(biāo)準(zhǔn)的夏比V型缺口沖擊試樣，試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，缺口深度為2mm。將沖擊試樣安裝在夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)的支座上，使缺口背向擺錘的沖擊方向。釋放擺錘，使其以一定的速度沖擊試樣，擺錘沖擊試樣后損失的能量即為試樣的沖擊吸收功。在同一條件下，對(duì)3個(gè)沖擊試樣進(jìn)行測(cè)試，取3個(gè)試樣沖擊吸收功的平均值作為該合金的沖擊韌性指標(biāo)。沖擊韌性值越高，說(shuō)明材料在沖擊載荷下吸收能量的能力越強(qiáng)，材料的韌性越好，在承受沖擊載荷時(shí)越不容易發(fā)生脆性斷裂。5.2室溫力學(xué)性能通過(guò)上述力學(xué)性能測(cè)試方法，對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的室溫力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，包括強(qiáng)度、硬度、塑性等方面，分析其性能表現(xiàn)及其影響因素。在強(qiáng)度方面，不同成分的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金表現(xiàn)出了一定的差異。以CoFeNiCrMo共晶高熵合金為例，隨著Mo元素含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后略有下降的趨勢(shì)。當(dāng)Mo含量為10at.%時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度達(dá)到最大值，約為850MPa，抗拉強(qiáng)度也達(dá)到1200MPa以上。這主要是由于Mo元素的固溶強(qiáng)化作用，Mo原子的加入使得合金晶格發(fā)生畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，從而提高了合金的強(qiáng)度。隨著Mo含量的進(jìn)一步增加，合金中可能會(huì)形成較多的脆性相，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度略有下降。合金中的相組成和微觀結(jié)構(gòu)也對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。共晶組織中FCC相和BCC相的協(xié)同作用，使得合金在受力時(shí)能夠有效地抵抗變形，提高強(qiáng)度。BCC相的存在能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而FCC相則能夠協(xié)調(diào)變形，延緩裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。硬度測(cè)試結(jié)果表明，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金的硬度隨著合金元素的種類和含量變化而變化。在CoFeNiCrV共晶高熵合金中，隨著V元素含量的增加，合金的硬度逐漸提高。當(dāng)V含量為5at.%時(shí)，合金的維氏硬度從基體合金的HV200左右提高到HV250以上。這是因?yàn)閂元素的加入形成了細(xì)小的VC粒子，這些粒子均勻分布在基體中，起到了彌散強(qiáng)化的作用，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高了合金的硬度。合金的硬度還與晶粒尺寸有關(guān)，根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，晶粒尺寸越小，合金的硬度越高。在一些經(jīng)過(guò)細(xì)化處理的CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中，由于晶粒尺寸減小，晶界數(shù)量增多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到晶界的阻礙作用增強(qiáng)，使得合金的硬度明顯提高。在塑性方面，CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金通常具有一定的塑性，但隨著合金元素的加入和微觀結(jié)構(gòu)的變化，塑性會(huì)有所改變。對(duì)于CoFeNiCrMo共晶高熵合金，隨著Mo含量的增加，合金的延伸率逐漸下降。當(dāng)Mo含量為10at.%時(shí)，延伸率從基體合金的30%左右下降到15%左右。這主要是由于Mo含量的增加導(dǎo)致合金中BCC相增多，BCC相的塑性相對(duì)較差，使得合金整體的塑性下降。合金中的第二相粒子的尺寸、分布和形態(tài)也會(huì)影響塑性。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ映叽巛^小且均勻分布時(shí)，對(duì)塑性的影響相對(duì)較??；而當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ映叽巛^大或聚集分布時(shí)，容易成為裂紋源，降低合金的塑性。在一些CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中，通過(guò)控制第二相粒子的尺寸和分布，可以在一定程度上提高合金的塑性。5.3高溫力學(xué)性能高溫環(huán)境下，材料的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生顯著變化，對(duì)于CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金而言，研究其高溫力學(xué)性能對(duì)于拓展其在航空航天、能源等高溫領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)高溫拉伸試驗(yàn)，探究了溫度對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金強(qiáng)度的影響。以CoFeNiCrMo共晶高熵合金為例，在不同溫度下（如400℃、500℃、600℃）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果顯示，隨著溫度的升高，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在400℃時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度約為700MPa，抗拉強(qiáng)度為1000MPa左右；當(dāng)溫度升高到600℃時(shí)，屈服強(qiáng)度降至500MPa以下，抗拉強(qiáng)度也降低至800MPa左右。這主要是因?yàn)闇囟壬?，原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力減小，使得合金更容易發(fā)生塑性變形，從而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。合金中的相結(jié)構(gòu)在高溫下也會(huì)發(fā)生變化，如某些第二相粒子可能會(huì)發(fā)生溶解或粗化，減弱了其對(duì)合金的強(qiáng)化作用，進(jìn)一步降低了合金的強(qiáng)度。蠕變性能是衡量材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下抵抗變形能力的重要指標(biāo)。對(duì)CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金進(jìn)行高溫蠕變?cè)囼?yàn)，在恒定溫度（如550℃）和恒定應(yīng)力（如300MPa）條件下，記錄合金的蠕變應(yīng)變隨時(shí)間的變化。結(jié)果表明，該合金在高溫蠕變過(guò)程中，經(jīng)歷了初始蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。在初始蠕變階段，蠕變應(yīng)變隨時(shí)間迅速增加，這是由于合金在初始加載時(shí)，內(nèi)部的位錯(cuò)等缺陷迅速運(yùn)動(dòng)和重新排列。隨著時(shí)間的推移，合金進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段，蠕變應(yīng)變隨時(shí)間的增加較為緩慢且穩(wěn)定，此時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與位錯(cuò)增殖、湮滅達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)蠕變時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，合金進(jìn)入加速蠕變階段，蠕變應(yīng)變急劇增加，直至合金發(fā)生斷裂。CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金中，共晶組織的存在對(duì)蠕變性能有重要影響。規(guī)則排列的層片或棒狀共晶組織能夠阻礙位錯(cuò)的滑移和攀移，抑制蠕變變形的發(fā)生。共晶組織中的相界面也能夠阻止裂紋的擴(kuò)展，提高合金的蠕變壽命。在CoFeNiCrMo共晶高熵合金中，F(xiàn)CC相和BCC相組成的共晶組織有效地提高了合金的高溫蠕變抗力。為了深入理解合金在高溫下的力學(xué)性能變化機(jī)制，還對(duì)高溫變形后的合金微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。利用透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，高溫變形后合金中的位錯(cuò)密度明顯增加，且出現(xiàn)了位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵诟邷刈冃芜^(guò)程中，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和交互作用加劇，導(dǎo)致位錯(cuò)大量增殖和聚集。合金中的第二相粒子也會(huì)發(fā)生形態(tài)和分布的變化，一些粒子可能會(huì)與位錯(cuò)發(fā)生相互作用，被位錯(cuò)切割或繞過(guò)，從而影響合金的變形行為。在CoFeNiCrV共晶高熵合金中，高溫變形后，VC粒子與位錯(cuò)的相互作用使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，增加了合金的變形抗力。5.4力學(xué)性能的影響因素5.4.1成分對(duì)力學(xué)性能的影響合金成分是決定CoFeNi(Cr)-M共晶高熵合金力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一，不同元素的含量和配比會(huì)顯著影響合金的相結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。以CoFeNiCrMo共晶高熵合金為例，Mo元素的含量變化對(duì)合金的相結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有著顯著影響。