高熵合金设计与计算机模拟方法的研究进展

来源期刊：材料导报2019年第S1期

论文作者：刘谦 王昕阳 黄燕滨 谢璐 许诠 黄俊雄

文章页码：392 - 804

关键词：高熵合金;高熵合金设计;组分元素;计算机模拟方法;

摘    要：高熵合金突破了传统的合金设计理论,实现了材料的可合成、可分析、可控制,为合金的发展提供了新思路。高熵合金由于具有超强的耐腐蚀性能、极佳的耐磨性能、优异的抗辐射性能、良好的力学性能等特性,在工业领域具有广阔的应用前景。目前,对于高熵合金设计的研究还存在许多不足之处:（1）高熵合金的基础理论研究尚不完善。在固溶强化机制方面,由于高熵合金的组分众多,很难确定哪种组分是溶剂,哪种组分是溶质;在扩散机制方面,虽然实验已经证明高熵合金的扩散系数低于普通合金,但与吉布斯-安丹姆方程矛盾。这些问题给高熵合金的设计带来不确定性。（2） 2011年美国提出了"材料基因组计划"。它是以第一性理论、加速分子动力学、热力学模型等理论,借助现有的信息技术模拟预测新材料性能,最后用实验证明的新材料研发方法。目前,高熵合金在工业应用上有很大的前景。因此,加大高熵合金的高通量计算,完善高熵合金的性能研究,具有重要的实际意义。自高熵合金的概念被提出以来,广大的科研工作者投身到高熵合金的研究工作之中,先后研究了传统高熵合金、难熔高熵合金和复合高熵合金等的组织结构、性能特点和制备工艺,为高熵合金的设计提供了大量的数据支持。此外,"混乱理论"、高熵合金设计参数、第一性原理等理论的提出进一步丰富了高熵合金的理论基础。本文介绍了高熵合金的基本理论和特点,重点论述了高熵合金的设计理论和方法。总结了高熵合金在热力学和动力学上的形成条件,并根据研究现状对高熵合金进行分类,分析了组分元素的种类和配比对高熵合金组织结构以及性能特点的影响,综述了高熵合金计算机模拟方法的基本理论和计算模型,总结了其在性能预测上的应用。最后展望了高熵合金设计的研究方向和发展前景。