【華恒節能】高熵合金粉末：新興材料之星，照亮多領域應用之路

一、產品簡介

高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相關研究發現，多種元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成復雜的金屬間化合物，而是形成了簡單的固溶體結構。高熵合金的出現打破了傳統合金以混合焓為主的設計理念，為新材料的研發打開了一個廣闊的成分設計空間。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。我公司開發的系列合金粉末材料，產品純凈度高、球形度好、氧含量低，性能優異，廣泛應用于激光選區熔化、激光立體成形、 激光熔覆、 注射成形、 熱等靜壓等制造工藝，在國防、航空、航天等多個關鍵領域得到應用。

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，加入鎳、鈦、鉬、鈷等元素，具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性等特點，可應用于機械制造、模具加工等領域，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、較高的比強度和良好的抗氧化性能，在航空航天、汽車等領域有潛在應用價值，可用于制造航空發動機零部件、汽車輕量化結構件等.

• 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，具有高強度、低密度、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優點，在航空航天、生物醫學等領域有重要應用，比如可用于制造航空航天的結構件、人體植入物等。

高熵合金粉末具有以下特點：

1. 成分特點：

- 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，打破了傳統合金以一種或少數幾種元素為主的模式。這種多元素的組合使得合金具有獨特的性能，各元素之間相互作用，協同發揮作用，而不是單一元素起主導作用。

- 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，滿足各種不同的應用需求。

2. 結構特點：

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

- 嚴重晶格畸變：不同原子尺寸的元素混合在一起，導致晶格發生嚴重的畸變。這種晶格畸變會影響合金的物理和化學性能，如降低電導率、增加硬度、提高抗蠕變性等。

3. 性能特點：

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

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

- 優異的耐磨性：高熵合金粉末的硬度較高，且其均勻的固溶體結構和復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構，能夠有效地阻止腐蝕介質的侵入，從而使高熵合金粉末具有良好的耐腐蝕性。在惡劣的腐蝕環境下，如海洋、化工等領域，具有廣闊的應用前景。

- 較高的熱穩定性：高熵合金粉末通常具有較高的熔點和熱穩定性，在高溫環境下能夠保持較好的力學性能和結構穩定性。這使得它適用于制造高溫零部件，如航空發動機葉片、燃氣輪機葉片等。

4. 加工特點：

- 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不同的應用需求，制造出形狀復雜、尺寸精度高的零部件或涂層。

- 可定制性強：可以根據具體的應用需求，調整合金粉末的成分、粒度、形狀等參數，實現對材料性能的定制化設計，滿足不同用戶的個性化需求。

高熵合金粉末的應用領域十分廣泛，以下是一些主要的應用方向：

航空航天領域

- 制造飛行器結構件：飛行器的結構件需要具備高強度、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度，能夠在減輕結構重量的同時，保證結構的強度和穩定性，可用于制造飛行器的機翼、機身框架等結構件.- 制造飛行器結構件：飛行器的結構件需要具備高強度、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度，能夠在減輕結構重量的同時，保證結構的強度和穩定性，可用于制造飛行器的機翼、機身框架等結構件.
汽車工業領域

- 制造發動機部件：高熵合金粉末可用于制造汽車發動機的氣門、活塞、連桿等部件，提高發動機的功率和效率，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，能夠提高發動機的可靠性和耐久性.- 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、橫梁等結構件，以及底盤的懸掛系統、傳動軸等部件，在提高汽車的安全性和操控性能的同時，實現汽車的輕量化.

電子信息領域

制造電子封裝材料：電子設備的高性能化和小型化對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率、電導率和機械性能，可用于制造電子封裝材料，提高電子設備的散熱性能和可靠性，延長其使用壽命.- 制造電磁*材料：在電子信息時代，電磁*問題日益嚴重。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人體和其他電子設備的危害，保障電子設備的正常運行.

能源領域

制造核能反應堆部件：核能反應堆中的部件需要承受高溫、高壓、強輻射等惡劣環境。高熵合金粉末的優異性能使其有望應用于制造反應堆的壓力容器、燃料元件包殼等關鍵部件，提高反應堆的安全性和穩定性.- 制造新能源設備部件：在太陽能、風能、水能等新能源領域，高熵合金粉末可用于制造太陽能電池板的電極材料、風力發電機的葉片、水輪機的轉輪等部件，提高新能源設備的性能和效率，推動新能源產業的發展.

生物醫學領域

- 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、耐腐蝕性和力學性能，可用于制造人工關節、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量.- 制造醫療器械：其可用于制造醫療器械的零部件，如手術器械、醫用傳感器等，提高醫療器械的性能和使用壽命，降低醫療成本.

機械制造領域

- 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量，降低加工成本，廣泛應用于金屬加工、模具制造等行業.- 制造模具：模具在使用過程中需要承受高溫、高壓和復雜的應力作用。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效率，降低生產成本.

表面工程領域

- 制備耐磨涂層：通過熱噴涂、激光熔覆等表面技術，將高熵合金粉末制備成耐磨涂層，可應用于機械零件、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、食品等領域的設備表面防護，延長設備的使用壽命，降低腐蝕風險.

其他領域- 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、傳感器等，滿足電子信息、航空航天、國防等領域對高性能磁性材料的需求.- 形狀記憶材料：一些具有形狀記憶效應的高熵合金粉末，可用于制造智能材料、醫療器械等，如可自修復的材料、智能醫療器械等 .- 催化劑：貴金屬高熵合金粉末具有獨特的催化性能，可用于化學反應中的催化劑，如在石油化工、環境保護、新能源開發等領域的催化反應中，提高反應效率和選擇性.