发布日期：2026-08-01 06:38    点击次数：178

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高熵合金（HEA）是由五种及以上等量金属元素（常添加硅、碳、硼等）组成的多主元合金[1-4]。HEA凭借其独到的高熵效应、徐徐扩散效应、晶格畸变效应及多组元协同效应（“鸡尾酒效应”），在顶点高温环境下展现出细密的见地性、耐磨性和抗倦怠性，应用于航空发动机、燃气轮机与核能装备等热端部件的制造。然则，跟着能源系统及新一代核响应堆对材料入伍温度条目的不断提高，HEA在高温（频频指400 ℃以上）下的摩擦磨损问题已成为高熵合金进一步发展的瓶颈，其高温摩擦磨损性能径直影响扶助运行的可靠性与效果[5-6]。现在多通过要素联想与工艺优化来改善HEA高温摩擦磨损性能[7-14]。为了给关系连络东说念主员提供参考，作家综述了HEA高温摩擦磨损性能的连络进展，纪念了要素联想、制备工艺参数和特定入伍环境3个方面临高温摩擦磨损性能的影响，论述了现存连络的不及并瞻望了以前的连络场地。

1. 要素联想对高温摩擦磨损性能的影响

HEA的基础要素频频包含铁、钴、铬、镍、锰、铝、钛等金属元素，并可添加硅、碳、硼等非金属元素进行改性，物相包括体心立方（BCC）相、面心立方（FCC）相或两者的夹杂相。合理选拔组分元素、精准调控其配比、添加特定元素进行合金化，是调控HEA物相组成进而优化性能的要害。

1.1 铝元素

在HEA组成元素中，铝的氧化物吉布斯开脱能最低，因此在高温下优先氧化造成相接精采的α-Al2O3保护层[15]。该氧化层的造成不错显耀涵养HEA的高温摩擦磨损性能。胡明川等[16]选定真空电弧熔真金不怕火制备了Al15+xCr20Nb15Ti40−xZr10高熵合金，发现跟着铝含量加多，合金组织由亚共晶向共晶革新，共晶组织具有更高的硬度，且在高温下造成的Al2O3氧化层更厚，推崇出更优异的高温摩擦磨损性能。VO等[17]对比分析了FeCoCrNiAl0.8Ni和FeCoCrNiAl1.0Ni高熵合金的微不雅结构和900 ℃下的摩擦磨损性能，发现：FeCoCrNiAl1.0Ni合金名义造成了由夹杂氧化物层和超细晶颗粒层组成的复合氧化层结构，体积磨损率（75.78×10−5 mm3·N−1·m−1）显耀低于FeCoCrNiAl0.8Ni合金（99.44×10−5 mm3·N−1·m−1）；提高铝含量有助于造成更见地的复合氧化层结构，从而改善HEA的高温摩擦磨损性能。

1.2 钼元素和锰元素

向FeCoCrNi系高熵合金中添加钼或锰等原子半径较大的元素，可诱发显耀的晶格畸变效应并促进σ硬质相析出，从而涵养HEA的高温摩擦磨损性能[18-19]。苗军伟[20]连络发现，钼元素的固溶强化效应使CoCrNiMo0.5合金在800 ℃下的硬度达到365 HV，同期钼在600~800 ℃温度限度内开动氧化造成精采氧化膜，使CoCrNiMo0.5合金推崇出较小的体积磨损率（1.14×10−6 mm3·N−1·m−1）。谢咏馨[21]选定真空电弧熔真金不怕火制备了FeCoCrNiMox（x为物资的量分数，取0，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5）高熵合金，发现提高钼含量灵验扼制了合金的高温软化征象，800 ℃下FeCoCrNiMo0.5和FeCoCrNiMo1.5合金的硬度永诀为163，603 HV，磨损体积失掉永诀为0.052，0.013 mm3。大原子半径元素还具有调控难熔高熵合金体系内相结构的作用。范军[22]制备了添加钼的VAlTiCrMo高熵合金，发现未添加钼时合金呈多相结构，添加钼后合金造成单一的BCC固溶体相，700 ℃下的摩擦因数显耀降至0.21，推崇出细密的高温摩擦磨损性能。谢晓明等[23]连络发现，添加锰后FeCoCrNi系高熵合金由FCC单相组织革新为FCC+BCC双相组织，当锰原子分数为1.0%时，合金在600 ℃下的体积磨损率仅为2.71×10−4 mm3·N−1·m−1，比较未添加锰时裁减了33.9%。综上，在HEA体系中掺杂钼或锰元素，可灵验涵养合金的高温摩擦磨损性能。以前的连络可诱骗第一性旨趣蓄意等时势，精准笃定钼、锰元素在特定HEA体系中的固溶度极限，为进一步优化组分拨比提供表面依据。

钒 铌等难熔金属元素

钒、铌等元素化学性质见地，添加至HEA中有助于扼制高温软化征象。孙宇航[24]连络发现，将FeCoCrNiMn高熵合金中的锰替换为钒后，合金在800 ℃下的耐磨性显耀涵养，体积磨损率仅为0.289×10−4 mm3·N−1·m−1，减小了95%。刘昊等[25]选定激光熔覆本领制备了CoCrFeNiNbx高熵合金涂层，发现跟着铌含量加多，组织经验了从FCC固溶体向亚共晶、共晶、过共晶的革新，当x为0.75时，在固溶强化作用下，涂层800 ℃下的硬度最高（574 HV），并推崇出优异的摩擦磨损性能。

1.4 第二相

除基体组成元素外，第二相对HEA的高温摩擦磨损性能也具有显耀影响，向HEA中添加硅元素，不错造成硅化物第二相，显耀涵养高温耐磨性能。PEI等[26]制备了TiZrV0.5Nb0.5Six高熵合金，发现：添加硅后，合金组织由单一BCC固溶体革新为BCC固溶体与硅化物第二相共存；该硅化物在温度不高于400 ℃时推崇出优异的抗软化智商和高硬度（合金硬度最高达453 HV），能灵验扼制黏着磨损，同期在温度800 ℃下造成精采氧化膜，可涵养高温驻扎智商。郭志明等[27]连络发现，添加硅的NbTaWMo高熵合金在800 ℃下的磨损机制为磨粒磨损与氧化磨损的复合机制，未添加硅时则主要推崇为氧化磨损，添加硅后原位生成的硅化物灵验提高了合金的耐磨性。

硬质陶瓷相以高硬度、高熔点、细密的耐磨性和化学见地性著称，向HEA中添加硬质陶瓷相不错灵验改善高温耐磨性能。SUN等[28]选定激光熔覆本领制备TiC增强FeCoCrNiMn高熵合金涂层，发现：高温磨损时，硬质TiC颗粒发生幻灭造成小尺寸颗粒，与摩擦经由华夏位生成的Cr2O3/Mn2O3氧化物造成复合保护膜，其抗剥落性显耀优于无TiC涂层中的纯氧化物膜；跟着TiC含量加多，涂层的体积磨损率减小，耐磨性的显耀涵养归因于复合保护膜诱骗了TiC相的优异承载智商与氧化物的润滑作用，完竣了强韧协同效应。ZHANG等[29]制备了WC增强FeCoCrNiMoSi高熵合金涂层，发现：WC的加入促进了M6C和M2C等碳化物第二相的造成，高硬度钨元素主要富集于M2C相中；当WC质料分数为50%时，涂层中造成的M2C相不仅数目较多，且晶粒渺小，这使得涂层推崇出最优的600 ℃高温摩擦磨损性能。XIN等[30]向FeCoCrNi1.5Al0.2Ti0.5高熵合金中添加碳元素（物资的量分数为0~2%），发现：当摩擦温度不进步600 ℃时，合金中碳与钛原位响应生成的TiC叠加过扼制位错出动和细化晶粒提高显微硬度，显耀减小了体积磨损率，跟着碳含量加多，体积磨损率也减小；当摩擦温度升至600~800 ℃时，氧化物的润滑作用主导磨损活动，此时低碳含量HEA因更优的氧化膜造成智商而推崇出更好的摩擦磨损性能。WANG等[31]制备了不同Y2O3含量的WMoTaNb高熵合金涂层，发现Y2O3的存在提高了成核率，从而显耀涵养显微硬度，当Y2O3质料分数为3%时，涂层硬度最高，为1 274 HV，600 ℃的摩擦因数降至0.6。未添加Y2O3的WMoTaNb高熵合金涂层摩擦因数在0.8~1.3[32]，高于上述质料分数3% Y2O3的WMoTaNb高熵合金涂层，进一步考证了硬质陶瓷相对改善高温磨损性能的作用。现在的连络多聚焦于第二相本征性情对HEA的矫正作用，以前需潜入探索第二相与HEA基体间的协同强化机制（如界面调控、载荷传递等）。

2. 制备工艺参数对高温摩擦磨损性能的影响

制备工艺径直决定了HEA的微不雅结构、晶体裂缝、晶界性情等要害微不雅特征[33]，从而决定了HEA的使役性能。其中，烧结工艺是制备高性能HEA块体材料的最优有策动之一，其或然通过固态扩散+快速精采化攻克要素均匀性与相收敛困难；激光熔覆是完竣HEA名义功能化、制备HEA涂层的首选，其具有快速熔凝特质，或然赢得超细晶/非晶复合结构，进一步提高涂层的高温耐磨性。

2.1 烧结工艺

烧结是块体HEA的常用制备时势[34]。在烧结经由中，烧结温度、保温时候、升温速率是决定HEA结构和性能的中枢参数。TOROGHINEJAD等[35]选定放电等离子烧结在不同烧结温度（800，850，900 ℃）下制备了块体AlCrCuMnNi高熵合金，连络发现，900 ℃下烧结的合金中析出Al2Cu3和Al3Ni5两种硬质相，在低孔隙率（<5%）与硬质相的协同作用下，该合金在高温下推崇出优异的耐磨损性能。CAO等[36]连络发现：保温时候的诞生需要兼顾元素扩散与晶粒粗化的矛盾；当保温时候过短时，HEA里模样隙未排斥，要素不均；当保温时候过永劫，HEA晶粒显耀粗化，强度下落，高温耐磨性下落。LEE等[37]连络发现，治愈CoCrFeMnNi高熵合金烧结经由中的升温速率，不错收敛微不雅结构演变，进而改善精采性和高温耐磨性，与单级升温速率（5 °C·min-1）烧结的试样比较，双步升温速率（2，5 °C·min-1）烧结的试样中元素漫衍更均匀，造成了σ至极二次相，推崇出更低的孔隙率和更好的高温耐磨性。尽管烧结工艺在块体HEA高温摩擦磨损性能连络中取得进展，但真空熔真金不怕火、粉末冶金等其他垂危块体制备工艺对高温摩擦磨损性能的影响机制仍需潜入探索。

2.2 激光熔覆工艺

激光熔覆凭借其优异的粉末熔融效果和涂层-基体冶金诱骗性情，成为HEA涂层制备中使用最正常的本领[38-40]。其激光功率、熔覆速率等工艺参数的调控是改善HEA高温耐磨性的要害。

LI等[41]通过激光熔覆制备了FeCoCrNiMo高熵合金涂层，连络发现，跟着激光功率提高，涂层在800 ℃下的体积磨损起原裁减后加多，当功率为1 600 W时，涂层磨损率最小，磨损时产生的剥落坑、浅沟槽较少，这是因为此功率下涂层组织均匀，何况功率也未过高，幸免了基体稀释率提高对摩擦性能的不利影响。徐进等[42]选定超高速激光熔覆制备了CoCrFeNiMn高熵合金涂层，连络发现，熔覆速率加多所带来的渺小晶粒组织和高密度晶界灵验增强了CoCrFeNiMn高熵合金涂层的抗变形智商，从而灵验涵养了涂层的耐磨性能。ZHAO等[43]选定超声振动辅助激光熔覆制备了WTaNbMo高熵合金涂层，借助超声振动辅助显耀减少了涂层中的未熔融粉末和裂纹数目，同期增强了HEA枝晶与其他相之间的连奋发于，这进一步提高了涂层的硬度，退缩高温下涂层材料从磨损名义脱离，促进磨损名义造成精采的MoO3、Cr2O3和WO3氧化物层，从而改善其高温摩擦磨损性能。

3. 温度对高温摩擦磨损性能的影响

HEA的氧化进度、硬度和强度会跟着温度升高而发生变化。高温下HEA名义氧化造成的精采硬质氧化层能灵验停止摩擦副战争、减少黏着，并可能产生润滑作用，从而显耀改善摩擦磨损性能，而非精采且易幻灭的氧化层则可能加重磨损[44-46]。GENG等[47]连络发现：室温至400 ℃下，在空气中FeCoCrNi高熵合金名义生成弥漫漫衍的氧化物，在对磨件挤压下，这些氧化物发生冲突，导致空气中的磨损率高于真空环境；在600，800 ℃空气中，合金名义造成精采氧化物保护层，该精采氧化层可产生自润滑效应，从而涵养其耐磨性。NGUYEN等[48]连络了CrFeNiAl0.4Ti0.2高熵合金在温度600~950 ℃下的摩擦磨损性能，发现：800 ℃下磨损率最低（1.61×10−5 mm3·N−1·m−1），这归因于此温度下名义造成的精采氧化层（8~10 μm）与亚上层摩擦层（<10 μm）的协同保护作用；跟着温度进一步升高至950 ℃，合金的热软化抗力显耀裁减，名义的氧化膜发生冲突，导致摩擦磨损性能急剧恶化。CHEN等[49]在45钢名义激光熔覆制备WMoTaNb难熔高熵合金涂层，发现涂层的摩擦因数跟着温度升高而显耀增大。连络[43，48]发现：HEA在室温下的磨损机制以磨粒磨损和倦怠磨损为主；跟着温度升高至能在HEA名义造成精采氧化层时，主要磨损机制革新为氧化磨损，此时精采氧化膜可显耀改善其摩擦磨损性能。关于FeCoCrNi高熵合金，这一行变频频发生在400~600 ℃区间[49-50]，在该温度限度内，精采氧化膜对合金具有保护作用，掺杂的硬质相可通过第二相强化机制涵养HEA的高温摩擦磨损性能；当温度达到900 ℃以上时，FeCoCrNi高熵合金可能发生显耀软化和相瓦解，导致摩擦磨损性能急剧下落[51]。

4. 终局语

通过要素联想优化HEA高温摩擦磨损性能的中枢旨趣包括：期骗铝等亲氧性元素促进名义造成保护性氧化膜；添加钼、锰等大原子半径元素增强晶格畸变效应；引入钒、铌等难熔元素造成高硬度、高热见地性第二相（如碳化物、硼化物、硅化物），完竣第二相弥漫强化；或径直引入第二叠加过原位造成高温润滑层、提高成核率等机理提高高温耐磨性。块体HEA及HEA涂层的制备工艺选拔径直影响其物相结构、显微组织和高温摩擦磨损性能，优化工艺参数有助于涵养HEA的高温耐磨性，通过系统性的磨真金不怕火对工艺参数进行优化至关垂危。现在，高熵合金高温摩擦磨损性能的关系连络仍存在以下要害问题：高温动态磨损机制（如氧化膜演化、相变活动）尚未了了；穷乏“组分-工艺-性能”的定量关系模子；超高温（>900 ℃）及变工况（热轮回、冲击载荷）顺应性连络薄弱；涂层/基体界面元素互扩散（如铁迁徙）导致高温性能劣化的问题尚未治理。基于此，以前连络应聚焦于以下方面。

（1）机制解析：诱骗原位表征（高温摩擦仪、扫描显微镜）与蓄意模拟（分子能源学），揭示氧化膜/第二相的高温协同驻扎机制。

（2）材料改进：引入稀土元素（钇、镧）细化晶粒，开荒氧化物弥漫强化复合材料（如Y2O3/HEA）。

（3）工艺升级：进一步发展超声辅助激光熔覆等高效本领，扼制基体元素扩散征象。

（4）体系联想：面向航空航天顶点工况，构建耐变温冲击、抗高载荷的专用HEA涂层体系。

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