[发明专利]一种基于组元间偏聚情况进行高熵合金成分设计的方法

摘要

本发明涉及一种基于组元间偏聚情况进行高熵合金成分设计的方法。本发明通过计算各元素间的相互作用能，来判断各组元间的偏聚情况，进而选择特定的元素以符合相应的相互作用能范围，以形成具有特定结构的高熵合金，从而完成高熵合金的成分设计。本发明首创了基于组元间相互作用能对高熵合金量化地进行成分设计，给出了相互作用能的计算方法，可以获得具有特定结构的高熵合金。并且计算简便，准确可靠，提高了制备具有特定结构的高熵合金的成功率。

主权项

一种基于组元的偏聚情况进行高熵合金成分设计的方法，其特征在于：通过计算各元素间的相互作用能，来判断各组元的偏聚情况，进而选择特定的元素以符合相应的相互作用能范围，以形成具有特定结构的高熵合金，从而完成高熵合金的成分设计；具体包括以下步骤，（1）元素间的相互作用能计算：计算设计温度下，各个元素间的相互作用能Iij；式中，Gm为摩尔自由能；Xi和Xj分别为组元的摩尔分数，和为纯组元的摩尔Gibbs自由能，R为理想气体常数(8.314 J·mol‑1·K‑1)，T为温度；（2）判断组元的偏聚情况：根据各个相互作用能值判断组元的偏聚情况，主要包括如下情形：a) 等原子比高熵合金中所有组元的相互作用能都满足‑It<Iij<It，It为合金形成固溶体的Iij的极限值，该合金趋向于形成单一结构的固溶体；b) 当存在组元间相互作用能Iij>It时，合金中会出现同类组元的偏聚；c) 多组元系统中存在某一组元与其余组元的相互作用能Iij都为负值且负值相差不大，且其他组元的相互作用能满足Iij<|It|，则该合金也会趋向于形成单一结构的固溶体；d) 当存在一种或者两种组元间的相互作用能Iij值远小于0，即Iij<< ‑It时，这些组元将趋向于在合金的晶界处或者合金树枝晶的晶间处析出，形成第二相或者形成新的固溶相；e) 组元间的相互作用能都不满足上述四种规律，则该合金中将出现杂乱无序的多相组织；（3）高熵合金的成分设计：根据所需结构来选择特定的元素以符合对应的相互作用能值的范围，来完成高熵合金的成分设计；对于合金的组元数大于或等于4个的，各组元按照等原子比或近似等原子比进行合金化，即任意两组元的原子比为0.95~1.05 : 0.95~1.05。