《Tungsten》封面文章：含钨高熵合金：制备方法、相选择、力学性能以及抗辐照性能综述

邃瞳科学云

2021-06-22

导读：该综述文章针对含钨高熵合金的制备方法、相选择、力学性能以及抗辐照性能进行了综述，并对其未来发展进行了展望。

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英文原题：

Tungsten‑containing high‑entropy alloys: a focused review of manufacturing routes, phase selection, mechanical properties, and irradiation resistance properties

摘要

合金化是提高金属材料性能的重要手段之一。长久以来，研究人员普遍通过添加微量元素对钨合金进行改性。钨合金的开发被桎梏于多主元相图的角落区域。高熵合金也被称作多主元合金或成分复杂合金，通常包含4种及4种以上元素，各组元之间没有溶质溶剂之分，且相互作为溶剂和溶质。

高熵合金的出现填补了相图的中心区域的空缺，极大地拓展了合金的成分设计范围。其中，含钨高熵合金具有卓越的高温力学性能以及抗辐照性能受到了人们广泛的关注。由于包含高熔点元素钨，含钨高熵合金的许多特性与其他高熵合金有所不同，大连理工大学卢一平教授团队在英文刊《Tungsten》上发表综述文章，文章针对含钨高熵合金的制备方法、相选择、力学性能以及抗辐照性能进行了综述，并对其未来发展进行了展望。

图文详情

图1. 6种经验参数模型预测含钨高熵合金相选择结果

高熵合金的相选择是研究热点之一。如图1所示，本文挑选了6种常用的经验参数模型，并对近50种含钨高熵合金进行计算。结果表明，经验参数模型中存在对含钨高熵合金晶格畸变与熔点作用的评估不准确的问题，部分经验参数模型对于含钨高熵合金并不适用。

图2.(a) 含钨高熵合金温度与屈服强度的关系 (b) 高温长时间退火前后，含钨高熵合金的中子衍射图谱[1]

[1] Senkov ON, et al. Intermetallics. 2011;19(5):698

如图2所示，含钨高熵合金具有优异的高温力学性能以及抗高温软化特性。在1000℃以上温区，其屈服强度远优于镍基高温合金。同时，含钨高熵合金具有良好的组织稳定性，经过高温长时间退火后，仍保持BCC单相结构。

图3. 含钨高熵合金原位辐照透射电镜照片及其辐照后APT表征[2, 3]

[2] El-Atwani O, et al. Sci Adv. 2019;5(3):eaav2002. [3] Sadeghilaridjani M, et al. Entropy. 2020;22(2):230

原位辐照实验结果（图3）表明：含钨高熵合金经过高温高剂量离子辐照，没有辐照诱导位错产生，仅在晶界处出现了析出物。展现出卓越的抗辐照性能。局部化学无序性改变了空位、间隙扩散能垒，这是其抗辐照特性的根源。

总结与展望

传统钨合金的开发已趋于极限，含钨高熵合金的出现极大地拓展了合金的成分设计范围，为聚变堆面向第一壁材料的设计提供了一个全新思路和方向。

引用

Li TX, Miao JW, Guo EY, Huang H, Wang J, Lu YP, Wang TM, Cao ZQ, Li TJ. Tungsten‑containing high‑entropy alloys: a focused review of manufacturing routes, phase selection, mechanical properties, and irradiation resistance properties. Tungsten. 2021. DOI: 10.1007/s42864-021-00081-x

全文链接

https://link.springer.com/article/10.1007/s42864-021-00081-x

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