高熵合金是由五種及以上等量金屬元素構(gòu)成的多主元合金，得益于高熵效應(yīng)、緩慢擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)及多組元協(xié)同效應(yīng)，高熵合金表現(xiàn)出良好的高溫穩(wěn)定性和耐磨性，應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)與核能裝備等熱端部件的制造。本文綜述了高熵合金高溫摩擦磨損性能的研究進(jìn)展，總結(jié)了成分設(shè)計(jì)、制備工藝參數(shù)和服役溫度三個方面對高溫摩擦磨損性能的影響，闡述了現(xiàn)有研究的不足，展望了未來的研究方向。
01研究背景
高熵合金（HEA）是由五種及以上等量金屬元素（常添加硅、碳、硼等）構(gòu)成的多主元合金。HEA憑借其獨(dú)特的高熵效應(yīng)、緩慢擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)及多組元協(xié)同效應(yīng)（“雞尾酒效應(yīng)”），在極端高溫環(huán)境下展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、耐磨性和抗疲勞性，應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)與核能裝備等熱端部件的制造。
然而，隨著動力系統(tǒng)及新一代核反應(yīng)堆對材料服役溫度要求的不斷提高，HEA在高溫（通常指400 ℃以上）下的摩擦磨損問題已成為高熵合金進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，其高溫摩擦磨損性能直接影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性與效率。目前多通過成分設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化來改善HEA高溫摩擦磨損性能。
為了給相關(guān)研究人員提供參考，綜述了HEA高溫摩擦磨損性能的研究進(jìn)展，總結(jié)了成分設(shè)計(jì)、制備工藝參數(shù)和特定服役環(huán)境三個方面對高溫摩擦磨損性能的影響，闡述了現(xiàn)有研究的不足并展望了未來的研究方向。
02研究亮點(diǎn)
1 成分設(shè)計(jì)對高溫摩擦磨損性能的影響
1.1 成分設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
高熵合金（HEA）基礎(chǔ)成分包含鐵、鈷、鉻、鎳等金屬元素，可通過添加鋁、硅、碳等非金屬元素改性，形成BCC、FCC或混合相。
鋁因氧化吉布斯自由能低，高溫下優(yōu)先形成致密α-Al?O?保護(hù)層，顯著提升耐磨性。
1.2 鋁元素的關(guān)鍵作用
增加鋁含量促進(jìn)共晶組織形成，提高硬度和氧化層厚度（如AlCrNbTiZr合金）。
FeCoCrNiAl?合金中，高鋁含量形成復(fù)合氧化層，磨損率降低（如75.78×10?? mm³/N·m vs. 99.44×10?? mm³/N·m）。
1.3 大原子半徑元素（鉬、錳）的影響
鉬/錳添加誘發(fā)晶格畸變，促進(jìn)σ硬質(zhì)相析出，抑制高溫軟化（如CoCrNiMo合金800 ℃硬度達(dá)365 HV）。
鉬氧化形成致密膜（磨損率1.14×10?? mm³/N·m）；錳調(diào)控相結(jié)構(gòu)（FCC+BCC雙相磨損率降低33.9%）。
1.4 釩、鈮的耐高溫效應(yīng)
釩替代錳使FeCoCrNiV合金磨損率降低95%（0.289×10?? mm³/N·m）；鈮強(qiáng)化CoCrFeNiNb涂層（800 ℃硬度574 HV）。
1.5 第二相強(qiáng)化
硅化物第二相（如TiZrVNbSi合金）提升抗軟化能力（453 HV）和氧化膜防護(hù)性。
硬質(zhì)陶瓷相（TiC、WC、YO）形成復(fù)合保護(hù)膜，結(jié)合承載與潤滑作用（如TiC增強(qiáng)涂層磨損率顯著降低）。
1.6 未來方向
需探究元素固溶度極限及第二相與基體的協(xié)同機(jī)制（如界面調(diào)控、載荷傳遞）。
2 制備工藝參數(shù)對高溫摩擦磨損性能的影響
本章節(jié)重點(diǎn)介紹了制備工藝參數(shù)對高熵合金（HEA）高溫摩擦磨損性能的影響。主要內(nèi)容包括：
2.1 燒結(jié)工藝
燒結(jié)溫度、保溫時間和升溫速率是關(guān)鍵參數(shù)。例如900 ℃燒結(jié)的AlCrCuMnNi合金因硬質(zhì)相和低孔隙率表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫耐磨性；保溫時間需平衡元素擴(kuò)散與晶粒粗化；雙步升溫速率可改善元素均勻性和致密性。
2.2 激光熔覆工藝
激光功率和熔覆速度是核心參數(shù)。適當(dāng)提高激光功率（如1600 W）可優(yōu)化涂層組織均勻性；增加熔覆速度可細(xì)化晶粒，增強(qiáng)抗變形能力；超聲振動輔助能減少缺陷并提高涂層硬度和高溫耐磨性。
2.3 工藝優(yōu)化目標(biāo)
通過調(diào)控工藝參數(shù)，改善HEA的微觀結(jié)構(gòu)（如超細(xì)晶/非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)）、致密性和成分均勻性，從而提升高溫摩擦磨損性能。
3 溫度對高溫摩擦磨損性能的影響
本章節(jié)重點(diǎn)討論了溫度對高熵合金（HEA）高溫摩擦磨損性能的影響機(jī)制：
3.1 氧化層特性
溫度升高導(dǎo)致HEA表面氧化層形成，致密硬質(zhì)氧化層（如600~800 ℃）能隔絕摩擦接觸、減少黏著并產(chǎn)生自潤滑，顯著降低磨損率；而疏松或易碎氧化層（如400 ℃以下或950 ℃以上）會加劇磨損。
3.2 關(guān)鍵溫度區(qū)間
400~600 ℃：FeCoCrNi等HEA開始形成致密氧化層，磨損機(jī)制從磨粒/疲勞磨損轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸p，性能改善。
800 ℃附近：部分HEA（如CrFeNiAlTi）因致密氧化層與亞表層協(xié)同作用，磨損率最低。
900 ℃以上：合金熱軟化、相分解及氧化膜破碎導(dǎo)致性能急劇惡化。
3.3 材料差異不同
HEA（如WMoTaNb涂層）的摩擦因數(shù)可能隨溫度升高單調(diào)增加，與氧化層保護(hù)效果無關(guān)。
3.4 強(qiáng)化機(jī)制
摻雜硬質(zhì)相可通過第二相強(qiáng)化提升高溫耐磨性，但高溫軟化會抵消此效應(yīng)。
03研究結(jié)論
通過成分設(shè)計(jì)優(yōu)化HEA高溫摩擦磨損性能的核心原理包括：利用鋁等親氧性元素促進(jìn)表面形成保護(hù)性氧化膜；添加鉬、錳等大原子半徑元素增強(qiáng)晶格畸變效應(yīng)；引入釩、鈮等難熔元素形成高硬度、高熱穩(wěn)定性第二相（如碳化物、硼化物、硅化物），實(shí)現(xiàn)第二相彌散強(qiáng)化；或直接引入第二相通過原位形成高溫潤滑層、提高成核率等機(jī)理提高高溫耐磨性。
塊體HEA及HEA涂層的制備工藝選擇直接影響其物相結(jié)構(gòu)、顯微組織和高溫摩擦磨損性能，優(yōu)化工藝參數(shù)有助于提升HEA的高溫耐磨性，通過系統(tǒng)性的試驗(yàn)對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要。
目前，高熵合金高溫摩擦磨損性能的相關(guān)研究仍存在以下關(guān)鍵問題：高溫動態(tài)磨損機(jī)制（如氧化膜演化、相變行為）尚未明晰；缺乏“組分-工藝-性能”的定量關(guān)聯(lián)模型；超高溫（>900 ℃）及變工況（熱循環(huán)、沖擊載荷）適應(yīng)性研究薄弱；涂層/基體界面元素互擴(kuò)散（如鐵遷移）導(dǎo)致高溫性能劣化的問題尚未解決。
基于此，未來研究應(yīng)聚焦于以下方面：
（1）機(jī)制解析：結(jié)合原位表征（高溫摩擦儀、掃描顯微鏡）與計(jì)算模擬（分子動力學(xué)），揭示氧化膜/第二相的高溫協(xié)同防護(hù)機(jī)制。
（2）材料創(chuàng)新：引入稀土元素（釔、鑭）細(xì)化晶粒，開發(fā)氧化物彌散強(qiáng)化復(fù)合材料（如Y2O3/HEA）。
（3）工藝升級：進(jìn)一步發(fā)展超聲輔助激光熔覆等高效技術(shù)，抑制基體元素擴(kuò)散現(xiàn)象。
（4）體系設(shè)計(jì)：面向航空航天極端工況，構(gòu)建耐變溫沖擊、抗高載荷的專用HEA涂層體系。
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