1、应用场景

高熵材料主要用于大型成套设备的核心部件，包括汽轮机转子、发电机转子和护环、核反应堆堆内构件和主管道、水轮机主轴等在内的大锻件，它们在重型机械、能源装备和国防等领域中具有重要的战略地位，其产品级别与质量已成为一个国家工业水平的重要标志。大锻件一般用水压机或油压机采取自由锻的方式进行热变形加工，锻造过程中常出现压不实、混晶、内部开裂和表面开裂等问题。一旦出现裂纹，为防止其进一步扩展，需要吹氧清除，然后返炉重新加热。这样既增加了能源消耗，又因打乱正常的锻造工艺使锻件的组织和性能难以得到保证。严重时裂纹扩展过深甚至能使锻件完全报废。如何在保持高熵陶瓷材料原有高硬度、高强度、耐高温及优异的化学稳定性等良好性能的基础上，大幅度提高韧性，甚至可根据需要像金属材料那样通过“合金化”调整性能，将极大地拓展其应用空间，对满足特殊领域越来越高的性能要求具有实际意义。

2、技术优势

通过对高熵合金材料的研究，发现随着锻前预热温度的升高，18Mn18Cr0.5N钢的晶粒尺寸逐渐增大，其发生开裂所需要的临界应变则逐渐减小，其中，1100~1200 ℃之间无第二相的影响。在1250 ℃等温处理后，沿晶界析出的δ相能显著影响材料的塑性。其影响机理为：颗粒状δ相促进孔洞在其周围形核、粗化，尔后孔洞会随着变形的进行沿晶界逐渐长大，最后孔洞相互连接形成裂纹。团队通过物理模拟和数值模拟的方法，研究了一种高合金钢的热锻表面开裂行为。裙状试样热压缩后，表面损伤值高，且等效应变（间接反映动态再结晶的作用）低，晶界上易产生裂纹。圆柱试样热压缩后，表面损伤值低，且等效应变高，原晶界上出现细小的再结晶晶粒，抑制开裂的发生。这证明了将适于冷变形的开裂准则与热变形过程中的动态组织变化结合起来可以预测金属的热变形开裂行为。

3、关键问题

在高熵合金材料方面本团队十几年来一直以非化学计量比化合物为主体，从事超硬复相陶瓷方面的研究。主要人员主持、参与完成的研究课题：“等离子放电烧结PcBN物相行为的研究（国家教委博士点基金项目20060216011，已鉴定）”；河北省自然科学基金项目：“SiO2-B2O3-Na2O结合的立方氮化硼复合材料研究（获2003年河北省科技进步二等奖）”，河北省自然科学基金项目“机械合金化对多元粉体不平衡烧结过程的影响（获2010年度河北省科技进步三等奖）”；河北省自然科学基金重点项目：“SPS非高压条件烧结PcBN的研究（已鉴定）”；河北省自然科学基金项目“MA制备非化学计量比Ti化合物及其烧结行为研究”。河北省自然科学基金项目：“TiN0.3/AlN结合的PcBN的研究”已完成，正是在这些项目的研究中初步发现了高熵化合物的一些形成规律。在此基础上，参与在研河北省2016年自然科学基金资助（基于非化学计量比高熵化合物的制备，E2016203425），并且开展了项目的较为深入地研究。前期初步研究表明，在有非化学计量比化合物为组元之一的条件下，高温反应获得了由三元～九元过渡族金属共价键化合物组成的高熵化合物块体材料，与其它方法制备的同类材料相比，高熵化合物形成温度大幅度降低，晶粒明显细化，硬度、韧性大幅度提高，并且是单一共价键晶体结构；这些项目的研究均取得了较好的成果，而且在研究中积累了大量相关数据和资料，形成了系统化研究团队。