耐磨高熵合金制備工藝研究進展

邢秋瑋，王萬年，李國舉，張昕喆，張新房，陳占興

耐磨高熵合金制備工藝研究進展

邢秋瑋a，王萬年a，李國舉b，張昕喆b，張新房a，陳占興a

（鄭州航空工業管理學院 a.材料科學與工程學 b.航空宇航學院，鄭州 450046）

耐磨高熵合金具有主元多、強度高、硬度大、磨損率低和耐高溫等特征，應用前景廣闊，是近幾十年發展起來的一種新型耐磨材料。圍繞耐磨高熵合金的主要制備工藝與耐磨性能的影響因素兩方面，對近年來耐磨高熵合金的主要研究進展進行了綜述。重點闡述了固、液、氣態成型的耐磨高熵合金制備技術，總結了影響高熵合金耐磨性的因素，包括金屬元素與非金屬元素在內的多種元素對高熵合金耐磨性能的影響，說明了高熵合金及其碳氮化物涂層耐磨性能的研究進展。耐磨高熵合金的制備工藝較多，應根據合金形態成分的不同選擇合適的制備方法；通過添加金屬或非金屬元素誘導硬質相析出仍是提高合金耐磨性能的主要手段；有些高熵合金或高熵合金涂層在高溫、潤滑等條件下也能夠表現出優異的耐磨性能。

高熵合金；耐磨性能；固溶強化；第二相強化；高熵合金涂層

近年來，高熵合金因其特殊結構與優異性能在材料工程領域引起了極大關注。高熵合金一般含有4個或以上主要元素，其內部組織可以是單相或多相[1-2]。由于每種主元均具有較高的摩爾含量，有時也被稱為多主元合金或復雜濃度合金[3-4]。一般認為，高熵合金性能的增強源于多個主元形成的化學無序特征引起的高熵效應[5-7]。經過近20 a的研究，在高熵合金系中已經發現了較多引人矚目的性能，如良好熱穩定性[8-9]、反常低溫韌性[10-11]、較高硬度及耐磨性[12–14]、高抗氧化性[15-16]、優異耐腐蝕性[17-19]和抗輻照性[20–23]、良好軟磁性[24-27]等。

磨損是一種常見的材料失效形式，如何提高材料的耐磨性能一直是材料科學領域研究的重要問題之一。高熵合金是一種極具潛力的新型耐磨材料，具有獨特的組織結構及高強度、高硬度等特征。此外，高熵合金良好的低溫韌性、耐熱性及耐腐蝕性也有利于在極端條件下的應用。因此，高熵合金的耐磨性能近年來越來越受到研究者的關注，已涌現出大量相關研究成果。為此，簡要介紹了耐磨高熵合金的固、液、氣態成型技術，并總結了近年來耐磨高熵合金領域的研究進展。

1 耐磨高熵合金制備工藝

耐磨高熵合金的主元多、成分復雜，針對不同合金的加工方法也不同。成型材料的形態及組織結構受到加工過程中金屬元素的中間相態的影響較大[28]。因此，根據加工過程中金屬元素的中間相態不同，耐磨高熵合金制備技術大體可分為固態、液態和氣態成型技術。

1.1 固態成型技術

耐磨高熵合金的固態成型技術主要包括各種燒結技術，尤其適用于難熔高熵合金的制備。該技術首先將各種原料粉末均勻混合，然后在高溫下進行燒結。燒結所用的原料粉末可選用主元對應元素的純金屬粉末或二元、三元合金粉末，通過燒結擴散作用使成分均勻。也可以直接使用高熵合金粉末進行燒結。

1.1.1 放電離子燒結

放電離子燒結技術將金屬粉末混合均勻后置于導電的石墨模具中，在金屬粉末兩端施加壓力并通入電流，利用金屬粉末自身產生的焦耳熱燒結樣品。該方法具有燒結速度快、燒結溫度高、樣品組織致密等優點，是制備耐磨高熵合金的常用方法，尤其是含有較多難熔元素的耐磨高熵合金，如AlCoCrFeNiTi0.5[29]、CuMoTaWV[30]、(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81[31]等，大直徑樣品還可作為磁控濺射耐磨高熵合金涂層的靶材。放電離子燒結制備的(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81圓盤形樣品見圖1。其中，圖1上部所示的直徑60 mm的大尺寸樣品主要用于磁控濺射靶材，下部所示的直徑12 mm小尺寸樣品可直接用于摩擦測試，樣品表面的黑環為摩擦測試后的磨痕。該方法的燒結溫度能夠影響其制備高熵合金的組織及耐磨性能。例如，在更高溫度下放電離子燒結的TiAlMoSiW具有較低的摩擦因數[32-33]。

圖1 放電離子燒結制備的(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81耐磨高熵合金靶材（上）與摩擦測試樣品（下）

1.1.2 熱壓燒結

熱壓燒結是在燒結的升溫過程中對金屬粉末施加壓力，從而強化金屬元素間的擴散作用，促進粉末間的傳熱傳質。與放電離子燒結不同的是，熱壓燒結的加熱方式一般通過外部電熱元件而非金屬粉末自發熱進行（圖2）。用該方法制備的AlFeTiCrZnCu[34]、Ni?Cr?Co?Ti?V[35]等高熵合金均表現出良好的耐磨性能。此外，如果將高熵合金粉末鋪展于基體表面形成粉末薄層后進行熱壓燒結，還可以制備高熵合金涂層。Shang等[36]先將純金屬粉末機械合金化為高熵合金粉，再通過熱壓燒結技術在Q235鋼表面制備了AlCrFeNi涂層，該涂層表現出了優異的耐磨性能。

圖2 熱壓燒結耐磨高熵合金示意圖

1.2 液態成型技術

液態成型主要指包含熔化–凝固過程的各種熔覆及熔煉技術。由于在液相混合過程中的原子遷移速度比固態擴散作用更快，液態成型更有利于高熵合金形成均勻簡單的組織結構，合金的組織結構也更接近于相圖預測。目前，塊體耐磨高熵合金的液態成型技術主要包括電弧熔煉及感應熔煉技術，耐磨高熵合金涂層的液態成型目前主要使用激光熔覆技術，其他如利用熱噴涂[37]、離子熔覆[38]等技術制備的耐磨高熵合金涂層也有少量報道。

1.2.1 電弧熔煉

電弧熔煉技術是將金屬原料放置于水冷銅坩堝中，在氬氣氣氛下用電弧槍進行引弧，通過電弧產生的高溫熔煉合金（圖3）。由于電弧溫度較高，該方法更適用于難熔金屬，在熔煉低沸點或揮發性金屬元素時則燒損較為嚴重。有時也配合電磁攪拌技術，使金屬液混合更加均勻。相比固態燒結技術，該方法制備的耐磨高熵合金更易于產生簡單均勻的組織結構。如CoCrCuFeNiSi(表示摩爾分數，分別為0.3、0.6)高熵合金[39]，使用放電離子燒結技術制備的樣品中含有NiCoFe面心立方相、富銅面心立方相與σ相；而使用電弧熔煉技術制備的樣品則僅生成面心立方單相。

圖3 電弧熔煉耐磨高熵合金示意圖

1.2.2 感應熔煉

感應熔煉技術通過感應線圈加熱水冷銅坩堝中的純金屬原料，利用金屬的導電性，在原料內部生成感應電流，產生焦耳熱熔化形成合金。由于電磁攪拌作用的存在，能夠得到較為均勻的耐磨高熵合金。感應熔煉可熔化的金屬熔點范圍要低于電弧熔煉，但可制備質量在千克級的樣品。如Tong等[14]用真空感應熔煉了AlCoCrCuFeNi（為0～3.0）耐磨高熵合金，其耐磨性能類似于具有相同硬度的鐵合金。

1.2.3 激光熔覆

激光熔覆技術是先在基材表面覆蓋材料，再利用高能激光源將其同基材表面薄層共同熔化并覆蓋于材料表面。該技術可制備微米至毫米級的耐磨高熵合金涂層。目前報道的激光熔覆耐磨高熵涂層有TiVCrAlSi[40]、MoFeCrTiWAlNb[41]、FeNiCoAlCu[42]和CoCrBFeNiSi[43]等。此外，熔覆高熵涂層的耐磨性還能通過改變制備參數進行調節。如Co34Cr29B14Fe8Ni8Si7涂層的非晶相含量會受到熔覆功率的影響，熔覆功率越高，非晶相含量越低，涂層的耐磨性能越差[44]。Guo等[41]研究了不同功率及掃描速率下激光熔覆MoFeCrTiWAlNb高熵合金涂層的耐磨性能，發現在2.6 kW與4 mm/s時具有最低的磨損率，且磨損率隨著能量密度的提升而增加。

1.3 氣態成型技術

高熵合金在氣態下成型更易于克服液態成型中多主元混合不均勻、難熔元素熔化不充分等問題，主要用于制備高熵合金涂層或高熵陶瓷涂層。目前，主要的高熵合金氣態成型技術包含磁控濺射技術，以及在磁控濺射基礎上發展的反應濺射技術，其他技術如真空蒸鍍、離子鍍等則較少報道。這主要是由于大部分高熵合金所含元素熔點較高且成分復雜，使用濺射技術制備不易受到合金熔點等因素限制。此外，磁控濺射還具有工作溫度較低，對基片的熱效應較小等優點。

1.3.1 磁控濺射

磁控濺射是通過電離出的氬離子轟擊金屬靶材，金屬原子受到濺射后氣態化并沉積于基片表面形成耐磨高熵合金涂層（圖4）。與激光熔覆相比，磁控濺射的高熵合金涂層厚度較低，約為數百納米到幾微米，如該方法制備的CuMoTaWV[45]、TiTaHfNbZr[46]耐磨涂層厚度約為1 μm。在靶材的選擇上既可以通過多個中低熵合金靶材共濺射的方式沉積，也可以直接濺射通過固相燒結、感應熔煉等方式制備高熵合金靶材。

圖4 多靶磁控濺射耐磨高熵合金涂層示意圖

1.3.2 反應濺射

根據高熵合金涂層中所含非金屬元素的不同，參與濺射的反應氣體可以是氮氣、氧氣或烷烴類氣體。反應濺射技術制備的高熵合金涂層，其耐磨性一般優于對應的不含非金屬元素的合金涂層。非金屬元素對高熵合金耐磨性的強化作用表現在兩方面，一是少量加入的非金屬元素能夠溶于高熵合金基體中，起到表面強化作用；二是大量加入的非金屬元素會與高熵合金中的某些主元形成陶瓷相，產生硬質相強化作用。如(AlCrMnMoNiZr)N高熵合金氮化物涂層，在氮含量較低時能夠保持非晶態，在高氮含量時則生成NaCl型氮化物[47]。

2 高熵合金耐磨性能影響因素

對耐磨高熵合金領域的研究，目前主要集中于不同條件下不同成分合金耐磨性能的演變規律研究。在成分上，主要通過微合金化或加元法調控高熵合金的組織結構，實現對耐磨性能的改善；在形態上，主要通過薄膜化抑制多相形成并降低合金成本；在摩擦環境上，主要研究不同溫度下高熵合金的摩擦行為及高熵合金的潤滑機理。

2.1 合金化對高熵合金耐磨性能影響

目前，通過合金化改善高熵合金耐磨性能的研究較多，其主要的強化機理可歸類為2種，一種是通過添加元素調控高熵合金的組織結構，誘導硬質相生成并提高其體積分數，利用第二相強化作用提高其耐磨性能。添加元素以金屬元素為主，其含量往往較高或直接作為主元添加；另一種方法是將小分子非金屬元素固溶于高熵合金晶格間隙，利用固溶強化作用提高合金的耐磨性能，由于晶格間隙固溶能力有限，元素添加量往往較低。

2.1.1 Al對高熵合金耐磨性能影響

Al元素在自然界中具有密度小、分布廣泛等特征，在高熵合金中加入Al元素能夠降低合金質量與成本。在一些高熵合金中，Al含量的改變還能夠引起組織結構的變化，進而影響其耐磨性能。典型的例子是AlCoCrFeNi，以及在此基礎上添加1～2種主元形成的高熵合金，其組織結構往往會隨著鋁含量的改變發生相結構變化或單相-多相轉變。其中，硬質相含量的改變能夠顯著影響高熵合金的耐磨性能。例如，對AlCoCrFeNi的研究發現[48]，由于較軟的面心立方相含量較高，Al0.3CoCrFeNi合金的磨損率要高于其他成分合金。納米劃痕測試也表明[49]，相比面心立方結構的鑄態AlCoCrFeNi高熵合金，體心立方結構的高熵合金明顯具有較低的磨損率。而在AlCoCrCuFeNi中[14,50]，Al含量的提高能夠促使合金由面心立方結構向體心立方結構轉變，使合金硬度上升，磨損率下降。Gasan等[51]對高熵合金AlCoCrFeMoNi摩擦行為的研究發現，Al含量增加能夠提高合金中硬質σ相的體積分數，而鋁含量較高的Al1.5CoCrFeMoNi合金由于硬質相 σ、B2 與體心立方相含量較高，因而磨損率較低。在FeCoCrNiMn中加入Al元素后[52]，在晶粒細化及體心立方相沉淀的雙重作用下，得到的FeCoCrNiMnAl具有良好的室溫耐磨性能。

2.1.2 Co對高熵合金耐磨性能影響

相比其他鐵族元素，Co元素價格較為昂貴，一些研究集中于如何用廉價元素替代傳統高熵合金中的Co，并保持與原合金相當的耐磨性能。Zhao等[53]研究了在高熵合金中用Al替代Co對耐磨性能的影響，發現隨著Al含量升高樣品的磨痕深度明顯降低（圖5）。Shu等[54]研究了用Co替代Fe來提高激光熔覆FeCoCrBNiSi高熵合金涂層的非晶形成能力，發現鐵鈷比增大會減少涂層中非晶相的比例，加劇高溫下的氧化磨損，降低合金的高溫耐磨性能。Kumar等[55]研究了Al0.4FeCrNiCo（分別為0、0.25、0.5、1.0）高熵合金的摩擦行為，發現磨損機制主要為黏著磨損、塑性變形及分層磨損，而在Co含量較高與氧含量較低時氧化磨損影響較小。

圖5 鋁鈷比變化對高熵合金耐磨性能的影響[53]

2.1.3 Ti對高熵合金耐磨性能影響

在一些高熵合金中加入Ti元素不僅能夠降低合金密度，還能有效改善其耐磨性能。Wang等[56]在離子熔覆CoCrFeMnNi高熵合金涂層中添加Ti，發現CoCrFeMnNi高熵合金涂層的室溫磨損機制為磨粒磨損，而(CoCrFeMnNi)85Ti15高熵合金涂層在室溫下的磨損機制則主要為氧化磨損與接觸疲勞，其高溫耐磨性能5.5倍于CoCrFeMnNi高熵合金涂層。Nong等[57]用Ti替代AlCoCrFeNi高熵合金中的Co，發現AlCrFeNiTi具有較好的耐磨性能，磨損機制主要為分層黏著磨損與氧化磨損。Wang等[58]對比了AlCrCuFeNi與AlCrCuFeNiTi0.5高熵合金的耐磨性能，發現AlCrCuFeNi在添加Ti后磨損機制由磨粒磨損變為黏著磨損。L?bel等[59]研究了不同Ti含量AlCoCrFeNiTi高熵合金的耐磨性能，發現除往復磨損外，高熵合金的球盤摩擦測試與劃痕測試的磨損深度均小于軸承鋼EN1.3505。Chuang等[31]研究了Ti和Al含量變化對AlCo1.5CrFeNi1.5Ti高熵合金耐磨性的影響，發現Co1.5CrFeNi1.5Ti與Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti由于內部硬質η相的生成，使硬度與耐磨性顯著提高，尤其是Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti合金，其耐磨性3.6倍于SUJ2軸承鋼，2倍于SKH51高速鋼。

2.1.4 其他金屬元素對高熵合金耐磨性能影響

Verma等[60]研究了Cu元素對CoCrFeNi耐磨性能的影響，發現在CoCrFeNi中加入Cu后得到的CoCrFeNiCu在室溫及高溫下的磨損率都有所降低。Yadav等[61]通過放電離子燒結技術制備了(CuCrFeTi Zn)100-xPb與(AlCrFeMnV)100-xBi高熵合金復合材料，其中Pb與Bi以彌散相形式分布于高熵合金基體上。滑動摩擦測試結果顯示，隨著Pb含量上升，(Cu CrFeTiZn)100-xPb高熵合金復合材料的滑動摩擦因數無明顯變化，但磨損率卻降低了21%。同時，Bi含量的提升能夠降低(AlCrFeMnV)100-xBi高熵合金復合材料的滑動摩擦因數與磨損率，由于彌散相及高熵合金相的強韌性作用，使2種材料的摩擦性能得以提升。

對于耐磨高熵合金，難熔金屬元素作為合金化元素能夠起到提升高溫性能、調節合金硬度及組織結構、形成高溫氧化物潤滑層等作用[62–64]。Chen等[65]研究了添加V元素對Al0.5CoCrCuFeNi耐磨性能的影響，發現當V元素的摩爾分數從0.4上升至1.2時，Al0.5CoCrCuFeNiV合金的耐磨性上升約20%，當為1.0～1.2時合金的耐磨性能最佳。Jiang等[66]發現，添加Nb能夠提高CoCrFeNiNb共晶高熵合金中硬脆Laves相的體積分數，降低合金塑性，提高其耐磨性能。其中，CoCrFeNiNb1.2高熵合金耐磨性最佳。Yu等[67]的研究則表明，在室溫下CoCrFeNiNb0.5的耐磨性最低。Yang等[68]發現，Mo元素能夠降低CoCrCuFeNiMo高熵合金的摩擦因數。

2.1.5 非金屬元素對高熵合金耐磨性能影響

一些非金屬元素也能夠作為合金化元素影響高熵合金的耐磨性能，由于非金屬元素與金屬元素相比原子半徑差異較大，其往往具有特殊的強化機制。Kumar等[39]發現Si含量的提高能夠改善CoCrCuFe NiSi(分別為0、0.3、0.6、0.9)的耐磨性，主要是由于Si與其他元素的原子半徑錯配帶來的固溶強化作用。Jin等[69]研究了AlCoCrFeNiSi(分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0) 高熵合金發現，Si元素的添加能夠提高合金的硬度、抗壓強度與耐磨性能，而磨損機制主要為磨粒磨損。Poletti等[70]在FeCoCrNiW0.3高熵合金中加入原子數分數5%的C，該合金具有與Co基高溫合金相當的耐磨性能。Hsu 等[13]在面心立方CuCoNiCrAl0.5Fe高熵合金中添加B元素，制備的CuCoNiCrAl0.5FeB合金顯示出比SUJ2鋼更高的耐磨性能。

非金屬元素的另一種應用是在高熵合金表面離子注入氮、硼等小分子非金屬元素，利用表面強化作用提高合金的耐磨性能。Wang等[71]采用離子氮化法在AlCoCrFeNi高熵合金表面形成氮化層，表面氮化后高熵合金的磨損率明顯降低，但動摩擦因數卻有所提高，其磨損機制已由磨粒磨損轉變為磨粒磨損與黏著磨損。Tang等[72]通過離子氮化Al0.3CrFe1.5MnNi0.5高熵合金表面后，比未氮化之前耐磨性能提高了49～80倍，比氮化鋼試樣耐磨性能提高了22～55倍。Nishimoto等[73]通過離子氮化CoCrFeMnNi高熵合金表面后發現，氮化表面后合金的耐磨性能有了明顯改善。Lindner等[74]通過粉末填充滲硼法對CoCrFeMnNi與CoCrFeNi高熵合金進行表面強化發現，滲硼后表面磨損機制由黏著磨損轉變為磨粒磨損，滲硼層形成能夠顯著提高合金的耐磨性。Hou等[75]同樣使用粉末填充滲硼法強化了Al0.25CoCrFeNi高熵合金表面，由于(Ni,Co,Fe)2B與CrB硼化層的形成，表面硼化后的合金具有高出原合金12倍的耐磨性能。

2.2 薄膜化對高熵合金耐磨性能影響

由于摩擦發生于材料表面，通過表面沉積高熵合金薄膜提高基材耐磨性能，夠有效降低生產成本、提高生產效率。此外，低維高熵合金由于在成形過程中散熱充分、易于冷卻，更傾向于形成簡單致密的結構，有利于耐磨性能的提升。目前高熵合金二維化的主要技術有2種，一是基于熔覆技術制備的高熵合金涂層，二是基于濺射技術制備的高熵合金薄膜。前者可歸為液態成型技術，后者則屬于氣態成型技術，2種方法制備的高熵涂層在組織結構與性能上存在較大差異。其中，通過在磁控濺射技術的沉積氣氛中添加反應氣體，又能夠制備高熵合金氮化物、碳化物涂層等多種高熵陶瓷涂層。

2.2.1 高熵合金涂層的耐磨性能

耐磨高熵合金涂層主要基于熔覆技術與磁控濺射技術制備。其中，基于熔覆技術制備的耐磨高熵合涂層，其凝固過程的冷卻速率要高于熔煉技術制備的塊體樣品，具有形成耐磨非晶相的趨勢。Shu等[43]在碳鋼上激光熔覆Co34Cr29B14Fe8Ni8Si7涂層，表面能夠形成85.1%的非晶相層，且在高溫下具有與晶相層不同的磨損機制。而Huang等[40]在Ti?6Al?4V基片上熔覆TiVCrAlSi涂層，形成了金屬間化合物(Ti,V)5Si3與體心立方固溶體相，由于硬質相(Ti,V)5Si3對磨粒磨損與黏著磨損的抑制作用，以及韌性固溶體相對裂紋生長的限制作用，兩者結合提高了涂層的耐磨性能。磁控濺射技術制備的高熵合金涂層的均勻性及表面粗糙度均優于激光熔覆。由于冷卻速率、等離子體特性、基片轟擊等因素，復雜多相的形成受到抑制，更易于形成無定形相或單相，因而具有高硬度、高耐磨性等特征。表面濺射(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81涂層能夠顯著降低不銹鋼基體的磨損率[4]（圖6）。在Ti?6Al?4V基片上濺射TiTaHfNbZr涂層后，基片表面的耐磨性能及硬度均有所提升[76]。在鋼基體表面濺射CuMoTaWV涂層后，在室溫及300 ℃時的耐磨性均得到改善[45]。

2.2.2 高熵合金氮化物涂層的耐磨性能

高熵合金氮化物涂層主要通過反應濺射法制備，通過在磁控濺射技術的基礎上通入氮氣作為反應氣體，向涂層中引入氮元素。由于主元間的高熵效應，高熵合金氮化物涂層的硬度及耐磨性往往優于傳統鈦鋁系耐磨涂層。如(TiZrNbHfTa)N涂層，其耐磨性能要優于二元氮化物TiN涂層[77]。通過調節涂層沉積時的氮氣流率來控制涂層中含氮量，從而影響涂層的組織及性能最終影響高熵合金氮化物涂層的耐磨性能。Sha等[78]發現，隨著氮氣流率的升高，(FeMnNiCoCr)N涂層的相結構會發生改變，其耐磨性能也會升高。Cheng等[79]在不同氮氣流率下制備了(AlCrMoTaTiZr) N涂層，在氮氣流率40%時具有較低的磨損率。Ren等[47]研究則發現，氮氣流率在0～0.2時涂層具有較低的摩擦因數，氮氣流率的升高反而會降低涂層的耐磨性能。此外，沉積時的加速電壓也能夠影響高熵合金氮化物涂層的耐磨性能，如(AlCrNbSiTiMo)N涂層在–100 V偏壓時磨損率最低[80]。

2.2.3 高熵合金碳化物涂層的耐磨性能

高熵合金碳化物涂層的制備方法與高熵合金氮化物涂層一樣，常采用反應濺射法，區別在于反應氣體一般選用烷烴類氣體，以使涂層獲得碳元素。國外羅馬尼亞光電研究所的Braic等[77, 81-83]對此類薄膜研究較多，并開發了多種具有優良耐磨性能的高熵碳化物涂層，如(TiAlCrNbY)C[81]、(TiZrNbHfTa)C[77,82]等。其中，非晶態的(CuSiTiYZr)C涂層耐磨性能遠超(TiZr)C涂層，且在碳與金屬的原子數分數比為1.3時具有最低的磨損率與動摩擦因數[83]。由于游離碳非晶相的形成，高碳含量的(CrCuNbTiY)C涂層的耐磨性能更好[84]。除碳含量外，沉積溫度對高熵合金碳化物涂層也有一定影響，如在較高沉積溫度下制取的(CrCuNbTiY)C涂層具有更高的硬度與更好的耐磨性能[84]。

圖6 室溫下不銹鋼基片（左）與濺射(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81涂層后（右）表面磨痕深度對比[4]

2.3 摩擦環境對高熵合金耐磨性能影響

目前，圍繞摩擦環境條件的研究主要集中在摩擦溫度與摩擦介質的改變對高熵合金耐磨性能的影響。由于高熵合金具有優良的相熱穩定及高溫力學性能[85]，其在高溫下的摩擦性能一直備受研究者關注。此外，由于應用領域的拓展，要求高熵合金在不同液態介質中也能夠保持良好的摩擦性能。

2.3.1 溫度影響

高熵合金由于良好的強韌性及結構穩定性，在高溫下往往具有優異的耐磨性能。溫度對高熵合金摩擦過程的影響主要體現在兩方面，一是高溫對高熵合金具有等溫退火作用，對耐磨性能有一定影響，如AlFeCrCoNiTi0.5高熵合金在800 ℃退火5 h后摩擦因數會降低[86]；二是高熵合金中含有的某些常見金屬如Cu、Ti、V等在高溫下易于氧化，這些金屬氧化物附著于接觸面形成釉質層，能夠起到一定的潤滑作用，從而降低涂層在高溫下的摩擦因數與表面磨損率，如放電離子燒結AlFeCrCoNiTi0.5高熵合金，當高溫原位摩擦時在表面形成保護性氧化層，能夠減低其高溫摩擦因數[29]。

高溫氧化層的生成是高熵合金高溫磨損率降低的主要原因。例如，由于表面氧化物的形成，Al0.25CoCrFeNi高熵合金在300 ℃以上時摩擦因數會降低[87]。在(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81高熵合金[31]中由于氧化釩釉質層的生成，隨溫度升高磨損率下降，在600 ℃時具有優異的耐磨性能（圖7）。CuMoTaWV高熵合金由于氧化銅的生成，在400 ℃時具有較低的磨損率[30]。Joseph等[48]在對比了CoCrFeMnNi與AlCoCrFeNi多種合金成分在不同溫度下的摩擦行為后，發現在高溫下AlCoCrFeNi具有比其他合金更好的耐磨性，這主要是由于σ相沉淀與氧化鋁層的共同作用，使分層磨損降至最低。Verma等[60]發現由于釉質氧化銅層的形成，CoCrFeNiCu在高溫下的性能要優于室溫。Yu等[67]對共晶高熵合金CoCrFeNiNb的高溫耐磨性能進行研究后發現，在400 ℃時，隨著Nb元素含量的增加，粘附磨損加劇。CoCrFeNiNb0.65和CoCrFeNiNb0.8合金在600 ℃時出現分層磨損，耐磨性較差，但在800 ℃時形成致密的氧化摩擦層，具有優異的耐磨性能。(CoCrFeMnNi)85Ti15高熵合金涂層在400 ℃以下耐磨性能隨隨溫度的升高而提高，在400 ℃時具有最佳的耐磨性能[56]。

2.3.2 摩擦介質影響

目前，大部分針對高熵合金摩擦性能的研究為干摩擦（空氣介質），而對其他介質中高熵合金的摩擦行為研究較少。高熵合金在液體介質中的摩擦行為往往與空氣介質存在較大差異，在腐蝕性介質中往往還伴隨著腐蝕磨損。以室溫下高熵合金Al0.4FeCrNiCo(分別為0、0.25、0.5、1.0)的摩擦為例，在干摩擦條件下，氧化磨損影響較小，磨損機制主要為分層的黏著磨損與塑性流變[55]；在去離子水條件下，磨損機制主要為分層磨損、黏著磨損、磨粒磨損、塑性流變與氧化磨損[88]；在質量分數3.5%的氯化鈉溶液條件下，除分層磨損、黏著磨損、磨粒磨損、塑性流變與氧化磨損外，還存在著腐蝕磨損[88]；在油潤滑條件下，磨損機制則變為黏著磨損、磨粒磨損與塑性流變[89]。在其他高熵合金的多介質摩擦行為中也觀察到類似的現象，如AlCoCrFeNi[71]、AlCrCuFeNi2[90]、Al0.6CoCrFeNi[91]等高熵合金，在不同的摩擦介質中均具有不同的摩擦機制。

在不同的潤滑條件下，高熵合金的摩擦行為也有所不同。Wang等[92]研究了FeCoNiCrMn高熵合金在二硫化鉬–油潤滑條件下的摩擦行為，發現磨損機制以磨粒磨損為主，伴隨輕微的氧化磨損，且磨粒磨損會隨著溫度的升高加劇。Zhang等[93]研究了高溫自潤滑CoCrFeNiS0.5高熵合金的耐磨性能發現，CrS相與磨擦面上高溫金屬氧化物相結合，使合金在較寬的溫度范圍內具有良好的耐磨性能。另外，在相同摩擦介質中不同摩擦對偶也會對高熵合金耐磨性能產生不同程度的影響。由于高熵合金所含主元較多，某些成分可能與摩擦對偶發生化學反應。例如，在室溫下AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金在質量分數90%的過氧化氫溶液中的摩擦，當氮化硅作為摩擦對偶時[94]，Si3N4與高熵合金之間的摩擦化學反應阻礙了機械磨損，摩擦性能隨著氮化硅含量的提升而改善，而在高含量過氧化氫中的摩擦行為，主要取決于通過摩擦化學反應形成的潤滑膠體膜、由于摩擦行為導致的膠體膜磨損及摩擦對偶上凹坑的數量和深度。當氧化鋯作為摩擦對偶時[95]，AlCoCrFeNiTi0.5的磨損機制主要為黏著磨損，且退火能夠提升其耐磨性能。

圖7 不同溫度下摩擦的(CrMnFeHf)7.14(TiTaV)23.81高熵合金的表面形貌圖[31]

3 小結與展望

介紹了包括固態燒結、液相熔煉、表面熔覆和氣態濺射等方法在內的多種耐磨高熵合金成型技術，總結了近年來耐磨高熵合金的研究進展。耐磨高熵合金具有多樣化的制備工藝，需要根據主元性質、種類及合金形態來選取合適的制備方法。高熵合金耐磨性的主要強化機理是誘導合金中硬質相析出，利用第二相強化作用提高其耐磨性，反映在成分上主要為添加金屬元素或非金屬元素。此外，為拓寬高熵合金的應用場景，針對高熵合金在不同環境下的摩擦行為及高熵合金涂層的耐磨性能也展開了研究。相信在廣大研究人員的不懈努力下，會有越來越多的具有特殊優勢的新型耐磨高熵合金被發現，這些研究成果將為高熵合金在耐磨材料領域的應用開辟出廣闊天地。

[1] ZHANG W, LIAW P K, ZHANG Y. Science and Technology in High-entropy Alloys[J]. Science China Materials, 2018, 61(1): 2-22.

[2] ZHANG Y, ZUO T T, TANG Z, et al. Microstructures and Properties of High-entropy Alloys[J]. Progress in Materials Science, 2014, 61: 1-93.

[3] XING Q, ZHANG Y. Amorphous Phase Formation Rules in High-entropy Alloys[J]. Chinese Physics B, 2017, 26(1): 108104.

[4] XING Q, FELTRIN A C, AKHTAR F. High-temperature Wear Properties of CrFeHfMnTiTaV Septenary Complex Concentrated Alloy Film Produced by Magnetron Sputtering[J]. Wear, 2022, 510/511: 204497.

[5] YEH J W, CHEN S K, LIN S J, et al. Nanostructured High-entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes[J]. Advanced Engineering Materials, 2004, 6(5): 299-303.

[6] CANTOR B, CHANG I T H, KNIGHT P, et al. Microstructural Development in Equiatomic Multicomponent Alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 2004, 375/376/377(1/2): 213-218.

[7] RANGANATHAN S. Alloyed Pleasures: Multimetallic Cocktails[J]. Current Science, 2003, 85(10): 1404–1406.

[8] XING Q W, XIA S Q, YAN X H, et al. Mechanical Properties and Thermal Stability of (NbTiAlSiZr)NHigh-entropy Ceramic Films at High Temperatures[J]. Journal of Materials Research, 2018, 33(19): 3347-3354.

[9] XING Q W, MA J, ZHANG Y. Phase Thermal Stability and Mechanical Properties Analyses of (Cr,Fe,V)-(Ta,W) Multiple-based Elemental System Using a Compositional Gradient Film[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2020, 27(10): 1379-1387.

[10] LI D, LI C, FENG T, et al. High-entropy Al0.3CoCrFeNi Alloy Fibers with High Tensile Strength and Ductility at Ambient and Cryogenic Temperatures[J]. Acta Materialia, 2017, 123: 285-294.

[11] GLUDOVATZ B, HOHENWARTER A, CATOOR D, et al. A Fracture-resistant High-entropy Alloy for Cryogenic Applications[J]. Science, 2014, 345(6201): 1153-1158.

[12] CUI G, HAN B, YANG Y, et al. Microstructure and Tribological Property of CoCrFeMoNi High Entropy Alloy Treated by Ion Sulfurization[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2020, 9(11): 7-11.

[13] HSU C, YEH J, CHEN S, et al. Wear Resistance and High-Temperature Compression Strength of Fcc CuCoNiCrAl0.5Fe Alloy with Boron Addition[J]. Metallurgical and Material Transcations A, 2004, 35A: 1465-1469.

[14] TONG C J, CHEN M R, CHEN S K, et al. Mechanical Performance of the AlxCoCrCuFeNi High-entropy Alloy System with Multiprincipal Elements[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2005, 36(5): 1263-1271.

[15] XIA S, LOUSADA C M, MAO H, et al. Nonlinear Oxidation Behavior in Pure Ni and Ni-containing Entropic Alloys[J]. Frontiers in Materials, 2018, 5: 1-11.

[16] HSU W L, YANG Y C, CHEN C Y, et al. Thermal Sprayed High-entropy NiCo0.6Fe0.2Cr1.5SiAlTi0.2 Coating with Improved Mechanical Properties and Oxidation Resistance[J]. Intermetallics, 2017, 89: 105-110.

[17] SHANG C, AXINTE E, SUN J, et al. CoCrFeNi(W1? xMox) High-entropy Alloy Coatings with Excellent Mechanical Properties and Corrosion Resistance Prepared by Mechanical Alloying and Hot Pressing Sintering[J]. Materials and Design, 2017, 117: 193-202.

[18] JAYARAJ J, THINAHARAN C, NINGSHEN S, et al. Corrosion Behavior and Surface Film Characterization of TaNbHfZrTi High Entropy Alloy in Aggressive Nitric Acid Medium[J]. Intermetallics, 2017, 89: 123-132.

[19] XING Q, WANG H, CHEN M, et al. Mechanical Properties and Corrosion Resistance of NbTiAlSiZrNx High-entropy Films Prepared by RF Magnetron Sputtering[J]. Entropy, 2019, 21(4):396.

[20] JIN K, LU C, WANG L M, et al. Effects of Compositional Complexity on the Ion-irradiation Induced Swelling and Hardening in Ni-containing Equiatomic Alloys[J]. Scripta Materialia, 2016, 119: 65-70.

[21] LU C, YANG T, JIN K, et al. Radiation-induced Segregation on Defect Clusters in Single-phase Concentrated Solid-solution Alloys[J]. Acta Materialia, 2017, 127: 98-107.

[22] CHEN D, ZHAO S, SUN J, et al. Diffusion Controlled Helium Bubble Formation Resistance of FeCoNiCr High-entropy Alloy in the Half-melting Temperature Regime[J]. Journal of Nuclear Materials, 2019, 526: 151747.

[23] LI Y, LI R, PENG Q. Enhanced Surface Bombardment Resistance of the CoNiCrFeMn High Entropy Alloy under Extreme Irradiation Flux[J]. Nanotechnology, 2020, 31(2): 025703.

[24] LI Y, ZHANG W, QI T. New Soft Magnetic Fe25Co25Ni25(P, C, B)25 High Entropy Bulk Metallic Glasses with Large Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 693: 25-31.

[25] ZHANG Y, ZUO T, CHENG Y, et al. High-entropy Alloys with High Saturation Magnetization, Electrical Resistivity, and Malleability[J]. Scientific Reports, 2013, 3: 1-7.

[26] ZUO T, YANG X, LIAW P K, et al. Influence of Bridgman Solidification on Microstructures and Magnetic Behaviors of a Non-equiatomic FeCoNiAlSi High-entropy Alloy[J]. Intermetallics, 2015, 67: 171-176.

[27] ZUO T, GAO M C, OUYANG L, et al. Tailoring Magnetic Behavior of CoFeMnNi(= Al, Cr, Ga, and Sn) High Entropy Alloys by Metal Doping[J]. Acta Materialia, 2017, 130: 10–18.

[28] 李亞聳. 氣/液/固成型對高熵合金中有序相形成及性能的影響[D]. 北京科技大學, 2022:119-120.

LI Ya-song. Effect of Gas/Liquid/Solid processing on the Ordered Phase Formation and Properties in High- entropy Alloy[D]. University of Science and Technology Beijing, 2022: 119-120.

[29] L?BEL M, LINDNER T, PIPPIG R, et al. High-tem-perature Wear Behaviour of Spark Plasma Sintered AlCoCrFeNiTi0.5 High-entropy Alloy[J]. Entropy, 2019, 21(6): 582.

[30] ALVI S, AKHTAR F. High Temperature Tribology of CuMoTaWV High Entropy Alloy[J]. Wear, 2019, 426/427(2018): 412-419.

[31] XING Q, ANA C. FELTRIN, FARID A. Processing, Microstructure and High Temperature Dry Sliding Wear of a Cr-Fe-Hf-Mn-Ti-Ta-V High-entropy Alloy Based Composite[J]. Materials Today Communications, 2021, 28: 102657.

[32] KANYANE L R, POPOOLA A P, MALATJI N. Influence of Sintering Temperature on Microhardness and Tribological Properties of Equi-Atomic Ti-Al-Mo-Si-W Multicomponent Alloy[J]. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, 538(1): 012009.

[33] KANYANE L R, MALATJI N, POPOOLA A P I, et al. Synthesis of Equi-atomic Ti-Al-Mo-Si-Ni High Entropy Alloy via Spark Plasma Sintering Technique: Evolution of Microstructure, Wear, Corrosion and Oxidation Behaviour[J]. Results in Physics, 2019, 14: 102465.

[34] VARALAKSHMI S, APPA RAO G, KAMARAJ M, et al. Hot Consolidation and Mechanical Properties of Nanocrystalline Equiatomic AlFeTiCrZnCu High Entropy Alloy after Mechanical Alloying[J]. Journal of Materials Science, 2010, 45(19): 5158-5163.

[35] WEN X, CAI Z, YIN B, et al. Tribological and Corrosion Properties of Ni-Cr-Co-Ti-V Multi-Principal Element Alloy Prepared by Vacuum Hot-Pressing Sintering [J]. Advanced Engineering Materials, 2019, 21(7): 1-7.

[36] SHANG C Y, WANG Y. AlCrFeNi High-Entropy Coating Fabricated by Mechanical Alloying and Hot Pressing Sintering[J]. Materials Science Forum, 2017, 898 MSF: 628-637.

[37] CHEN L, BOBZIN K, ZHOU Z, et al. Wear Behavior of HVOF-sprayed Al0.6TiCrFeCoNi High Entropy Alloy Coatings at Different Temperatures[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 358: 215-222.

[38] LU J, WANG B, QIU X, et al. Microstructure Evolution and Properties of CrCuFexNiTi High-entropy Alloy Coating by Plasma Cladding on Q235[J]. Surface and Coatings Technology, 2017, 328: 313-318.

[39] KUMAR A, SWARNAKAR A K, BASU A, et al. Effects of Processing Route on Phase Evolution and Mechanical Properties of CoCrCuFeNiSix High Entropy Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 748: 889-897.

[40] HUANG C, ZHANG Y, VILAR R, et al. Dry Sliding Wear Behavior of Laser Clad TiVCrAlSi High Entropy Alloy Coatings on Ti-6Al-4V Substrate[J]. Materials and Design, 2012, 41: 338–343.

[41] GUO Y, LIU Q. MoFeCrTiWAlNb Refractory High- entropy Alloy Coating Fabricated by Rectangular-spot Laser Cladding[J]. Intermetallics, 2018, 102: 78-87.

[42] JIN G, CAI Z, GUAN Y, et al. High Temperature Wear Performance of Laser-cladded FeNiCoAlCu High-entropy Alloy Coating[J]. Applied Surface Science, 2018, 445: 113-122.

[43] SHU F Y, WU L, ZHAO H Y, et al. Microstructure and High-temperature Wear Mechanism of Laser Cladded CoCrBFeNiSi High-entropy Alloy Amorphous Coating[J]. Materials Letters, 2018, 211: 235-238.

[44] SHU F, ZHANG B, LIU T, et al. Effects of Laser Power on Microstructure and Properties of Laser Cladded CoCrBFeNiSi High-entropy Alloy Amorphous Coatings [J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 358: 667-675.

[45] ALVI S, JARZABEK D M, KOHAN M G, et al. Synthesis and Mechanical Characterization of a CuMoTaWV High-Entropy Film by Magnetron Sputtering[J]. ACS Applied Materials and Interfaces, 2020, 12(18): 21070-21079.

[46] TüTEN N, CANADINC D, MOTALLEBZADEH A, et al. Microstructure and Tribological Properties of TiTaHfNbZr High Entropy Alloy Coatings Deposited on Ti6Al4V Substrates[J]. Intermetallics, 2019, 105: 99-106.

[47] REN B, SHEN Z, LIU Z. Structure and Mechanical Properties of Multi-element (AlCrMnMoNiZr)Nx Coatings by Reactive Magnetron Sputtering[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2013, 560: 171-176.

[48] JOSEPH J, HAGHDADI N, SHAMLAYE K, et al. The Sliding Wear Behaviour of CoCrFeMnNi and AlxCoCrFeNi High Entropy Alloys at Elevated Temperatures[J]. Wear, 2019, 428/429: 32-44.

[49] HAGHDADI N, GUO T, GHADERI A, et al. The Scratch Behaviour of AlCoCrFeNi (=0.3 and 1.0) High Entropy Alloys[J]. Wear, 2019, 428/429(2018): 293-301.

[50] WU J M, LIN S J, YEH J W, et al. Adhesive Wear Behavior of AlxCoCrCuFeNi High-entropy Alloys as a Function of Aluminum Content[J]. Wear, 2006, 261(5/6): 513–519.

[51] GASAN H, L?K?ü E, OZCAN A, et al. Effects of Al on the Phase Volume Fractions and Wear Properties in the AlxCoCrFeMoNi High Entropy Alloy System[J]. Metals and Materials International, 2020, 26: 310-320.

[52] CHENG H, FANG Y, XU J, et al. Tribological Properties of Nano/Ultrafine-grained FeCoCrNiMnAlx High- entropy Alloys over a Wide Range of Temperatures[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 817: 153305.

[53] ZHAO Y, CUI H, WANG M, et al. The Microstructures and Properties Changes Induced by Al:Co Ratios of the AlXCrCo2-XFeNi High Entropy Alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 2018, 733: 153-163.

[54] SHU F, YANG B, DONG S, et al. Effects of Fe-to-Co Ratio on Microstructure and Mechanical Properties of Laser Cladded FeCoCrBNiSi High-entropy Alloy Coatings[J]. Applied Surface Science, 2018, 450: 538-544.

[55] KUMAR S, PATNAIK A, PRADHAN A K, et al. Dry Sliding Wear Behavior of Al0.4FeCrNiCo(=0, 0.25, 0.5, 1.0 mol) High-Entropy Alloys[J]. Metallography, Microstructure, and Analysis, 2019, 8(4): 545–557.

[56] WANG J, ZHANG B, YU Y, et al. Study of High Temperature Friction and Wear Performance of (CoCrFeMnNi) 85Ti15 High-entropy Alloy Coating Prepared by Plasma Cladding[J]. Surface and Coatings Technology, 2020, 384: 125337.

[57] NONG Z S, LEI Y N, ZHU J C. Wear and Oxidation Resistances of AlCrFeNiTi-based High Entropy Alloys[J]. Intermetallics, 2018, 101: 144-151.

[58] XIN W, YUNPENG Z, JING X. Effect of Ti Addition on the Microstructure and Properties of AlCrCuFeNi Alloy[J]. Materials Research Express, 2019, 6(2): 026541.

[59] L?BEL M, LINDNER T, MEHNER T, et al. Influence of Titanium on Microstructure, Phase Formation and Wear Behaviour of AlCoCrFeNiTix High-entropy Alloy[J]. Entropy, 2018, 20(7): 1-11.

[60] VERMA A, TARATE P, ABHYANKAR A C, et al. High Temperature Wear in CoCrFeNiCux High Entropy Alloys: The Role of Cu[J]. Scripta Materialia, 2019, 161: 28-31.

[61] YADAV S, KUMAR A, BISWAS K. Wear Behavior of High Entropy Alloys Containing Soft Dispersoids (Pb, Bi)[J]. Materials Chemistry and Physics, 2018, 210: 222-232.

[62] SENKOV O N, WILKS G B, MIRACLE D B, et al. Refractory High-entropy Alloys[J]. Intermetallics, 2010, 18(9): 1758-1765.

[63] ZHANG W, LIAW P K, ZHANG Y. A Novel Low-activation VCrFeTaxW(= 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 1) High-entropy Alloys with Excellent Heat-softening Resistance[J]. Entropy, 2018, 20(12): 951.

[64] SENKOV O N, WILKS G B, SCOTT J M, et al. Mechanical Properties of Nb25Mo25Ta25W 25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 Refractory High Entropy Alloys[J]. Intermetallics, 2011, 19(5): 698–706.

[65] CHEN M R, LIN S J, YEH J W, et al. Effect of Vanadium Addition on the Microstructure, Hardness, and Wear Resistance of Al0.5CoCrCuFeNi High-entropy Alloy[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2006, 37(5): 1363-1369.

[66] JIANG H, JIANG L, QIAO D, et al. Effect of Niobium on Microstructure and Properties of the CoCrFeNbxNi High Entropy Alloys[J]. Journal of Materials Science and Technology, 2017, 33(7): 712-717.

[67] YU Y, HE F, QIAO Z, et al. Effects of Temperature and Microstructure on the Triblogical Properties of CoCrFeNiNbx Eutectic High Entropy Alloys[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 775: 1376-1385.

[68] YANG Q, TANG Y, WEN Y, et al. Microstructures and Properties of CoCrCuFeNiMox High-entropy Alloys Fabricated by Mechanical Alloying and Spark Plasma Sintering[J]. Powder Metallurgy, 2018, 61(2): 115-122.

[69] JIN B, ZHANG N, WANG F, et al. Phase Evolution and Wear Mechanism of AlCoCrFeNiSix High-entropy Alloys Produced by Arc Melting[J]. Materials Research Express, 2018, 5(9):096505.

[70] POLETTI M G, FIORE G, GILI F, et al. Development of a New High Entropy Alloy for Wear Resistance: FeCoCrNiW0.3 and FeCoCrNiW0.3 + 5 at.% of C[J]. Materials and Design, 2017, 115: 247–254.

[71] WANG Y, YANG Y, YANG H, et al. Microstructure and Wear Properties of Nitrided AlCoCrFeNi high-entropy Alloy[J]. Materials Chemistry and Physics, 2018, 210: 233–239.

[72] TANG W Y, CHUANG M H, LIN S J, et al. Microstructures and Mechanical Performance of Plasma-nitrided Al0.3CrFe1.5MnNi0.5 High-entropy Alloys[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2012, 43(7): 2390– 2400.

[73] NISHIMOTO A, FUKUBE T, MARUYAMA T. Microstructural, Mechanical, and Corrosion Properties of Plasma-nitrided CoCrFeMnNi High-entropy Alloys[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 376: 52–58.

[74] LINDNER T, L?BEL M, SATTLER B, et al. Surface Hardening of FCC Phase High-entropy Alloy System by Powder-pack Boriding[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 371: 389-394.

[75] HOU J, ZHANG M, YANG H, et al. Surface Strengthening in Al0.25CoCrFeNi High-entropy Alloy by Boronizing[J]. Materials Letters, 2019, 238: 258-260.

[76] TüTEN N, CANADINC D, MOTALLEBZADEH A, et al. Microstructure and Tribological Properties of TiTaHfNbZr High Entropy Alloy Coatings Deposited on Ti-6Al-4V Substrates[J]. Intermetallics, 2019, 105: 99-106.

[77] BRAIC V, VLADESCU A, BALACEANU M, et al. Nanostructured Multi-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C Hard Coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2012, 211: 117-121.

[78] SHA C, ZHOU Z, XIE Z, et al. FeMnNiCoCr-based High Entropy Alloy Coatings: Effect of Nitrogen Additions on Microstructural Development, Mechanical Properties and Tribological Performance[J]. Applied Surface Science, 2020, 507: 145101.

[79] CHENG K H, LAI C H, LIN S J, et al. Structural and Mechanical Properties of Multi-element (AlCrMoTa-TiZr)Nx Coatings by Reactive Magnetron Sputtering[J]. Thin Solid Films, 2011, 519(10): 3185-3190.

[80] LO W L, HSU S Y, LIN Y C, et al. Improvement of High Entropy Alloy Nitride Coatings (AlCrNbSiTiMo)N on Mechanical and High Temperature Tribological Properties by Tuning Substrate Bias[J]. Surface and Coatings Technology, 2020, 401(101): 126247.

[81] BRAIC M, BRAIC V, BALACEANU M, et al. Characteristics of (TiAlCrNbY)C Films Deposited by Reactive Magnetron Sputtering[J]. Surface and Coatings Technology, 2010, 204(12/13): 2010–2014.

[82] BRAIC V, BALACEANU M, BRAIC M, et al. Characterization of Multi-principal-element (TiZrNbHfTa)N and (TiZrNbHfTa)C Coatings for Biomedical Applications[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2012, 10: 197-205.

[83] BRAIC M, BALACEANU M, VLADESCU A, et al. Deposition and Characterization of Multi-principal- element (CuSiTiYZr)C Coatings[J]. Applied Surface Science, 2013, 284: 671–678.

[84] BRAIC V, PARAU A C, PANA I, et al. Effects of Substrate Temperature and Carbon Content on the Structure and Properties of (CrCuNbTiY)C Multicomponent Coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2014, 258: 996-1005.

[85] GOPINATH V M, ARULVEL S. A Review on the Steels, Alloys/High Entropy Alloys, Composites and Coatings Used in High Temperature Wear Applications[J]. Materials Today: Proceedings, 2021, 43: 817-823.

[86] KONG D, GUO J, LIU R, et al. Effect of Remelting and Annealing on the Wear Resistance of AlCoCrFeNiTi0.5 High Entropy Alloys[J]. Intermetallics, 2019, 114: 106560.

[87] DU L M, LAN L W, ZHU S, et al. Effects of Temperature on the Tribological Behavior of Al 0.25CoCrFeNi High-entropy Alloy[J]. Journal of Materials Science and Technology, 2019, 35(5): 917-925.

[88] KUMAR S, RANI P, PATNAIK A, et al. Effect of Cobalt Content on Wear Behaviour of Al0.4FeCrNiCo(= 0, 0.25, 0.5, 1.0 mol) High Entropy Alloys Tested under Demineralised Water with and without 3.5% NaCl Solution[J]. Materials Research Express, 2019, 6(8): 1-13.

[89] KUMAR S, PATNAIK A, PRADHAN A K, et al. Room Temperature Wear Study of Al0.4 FeCrNiCo(= 0, 0.25, 0.5, 1.0 mol) High-entropy Alloys under Oil Lubricating Conditions[J]. Journal of Materials Research, 2019, 34(5): 841-853.

[90] LIU Y, MA S, GAO M C, et al. Tribological Properties of AlCrCuFeNi2 High-Entropy Alloy in Different Conditions[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2016, 47(7): 3312-3321.

[91] CHEN M, SHI X H, YANG H, et al. Wear Behavior of Al0.6CoCrFeNi High-entropy Alloys: Effect of Environments[J]. Journal of Materials Research, 2018, 33(19): 3310-3320.

[92] WANG H, REN K, XIE J, et al. Friction and Wear Behavior of Single-phase High-entropy Alloy FeCoNiCrMn under MoS2-oil Lubrication[J]. Industrial Lubrication and Tribology, 2019, 2019: 2-9.

[93] ZHANG A, HAN J, SU B, et al. A Promising New High Temperature Self-lubricating Material: CoCrFeNiS0.5 High Entropy Alloy[J]. Materials Science and Engineering A, 2018, 731(6): 36-43.

[94] YU Y, WANG J, YANG J, et al. Corrosive and Tribological Behaviors of AlCoCrFeNi-M High Entropy Alloys under 90?wt.% H2O2 Solution[J]. Tribology International, 2019, 131: 24-32.

[95] YU Y, LIU W M, ZHANG T B, et al. Microstructure and Tribological Properties of AlCoCrFeNiTi0.5 High-en-tropy Alloy in Hydrogen Peroxide Solution[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2014, 45(1): 201-207.

The Manufacture processing and Recent Progress of Wear Resistant High-entropy Alloys

XING Qiu-weia, Wang Wan-niana, LI Guo-jub, ZHANG Xin-zheb, ZHANG Xin-fanga, CHEN Zhan-xinga

(a. School of Materials Science and Engineering, b. School of Aerospace Engineering, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450046, China)

The wear-resistant high entropy alloys (HEAs) are novel wear-resistant materials developed in recent decades, which have many characteristics such as more principal components, high strength, high hardness, low wear rate and high temperature resistance. In this paper, the recent progress of wear-resistant HEAs is reviewed from two aspects: the preparation process of wear-resistant HEAs and the influencing factors of wear-resistant properties of HEAs, focusing on the preparation technology of wear-resistant HEAs formed from solid, liquid and gas states, as well as the factors affecting the wear-resistance of HEAs. Firstly, the influences of various elements, including metal and non-metal elements, on the wear-resistance of high entropy alloys are summarized. Secondly, the research progresses of wear resistance of high entropy alloy and its carbonitride coating are reviewed. Recent studies show that many processes are capable of the preparation for wear-resistant HEAs, and appropriate preparation methods should be selected according to the different morphology and composition of the HEAs. The precipitation of hard phase induced by the addition of metallic or nonmetallic elements is still the main means to improve the wear resistance of the HEAs. Some HEAs or HEA coatings can also show excellent wear resistance under high temperature, lubrication and other conditions.

high-entropy alloy; wear resistance; solution strengthening; second phase strengthening; high-entropy alloy coatings

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.12.010

TB31；TG14

A

1674-6457(2022)12-0085-11

2022–10–30

國家自然科學基金青年基金（52001283）；河南省科技攻關（212102210109，212102210447，222102230041）

邢秋瑋（1987—），男，博士，講師，主要研究方向為耐磨高熵合金及高熵合金涂層。

陳占興（1985—），男，博士，內聘副教授，主要研究方向為金屬液態制備成形與新工藝；張新房（1978—），男，博士，副教授，主要研究方向為新型高性能金屬材料及性能測試。