## Page 1 2026 年第 3 期 DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20260366 现今社会，科技发展迅速，而对材料性能的探索 也从未停止，尽管碳素结构钢仍是人们使用最为广 泛的金属材料，但在机械零部件的关键部位，钢结构 的性能已在很大程度上无法满足实际使用要求。传 统的碳素结构钢在很长一段时间内很难取得重大突 破。2004 年，随着叶均蔚等人[ 1 ]提出了高熵合金的 概念，高熵合金材料进入学者们的视野。该体系是由 5 种或 5 种以上等原子比或近等原子比的主要元素 组成的 BCC 和 FCC 结构（图 1），每种元素的原子百 分比在 5%~35%之间，混合熵大于 1.61R J·（mol·K）-1 （R 为气体常数）。 高熵合金的组织与性能受到四大效应的共同影 响[ 2 ]，其中高熵效应使其倾向于形成简单的固溶体 相，迟滞扩散使得相变进程减缓，晶格畸变在一定程 度上使其结构的性能发生改变，鸡尾酒效应可通过 多种元素的复合，使合金获得优异的综合性能；正是 由于这些特性，高熵合金具有比传统合金更高的强 度、硬度以及优异的耐蚀、耐磨等性能，这对于高熵 合金的研究及发展具有重要意义。本文通过介绍常 用的高熵合金的制备方法，如电弧熔炼法、表面熔覆 技术和增材制造技术，以及增材制造用粉的制备方 法，如机械合金化、等离子体旋转电极雾化、等离子 球化技术，并对高熵合金的应用前景进行展望。 高熵合金制备及应用研究进展* 宫书林，李艳春，张 煜，宋美慧，李 岩 （黑龙江省科学院 高技术研究院，黑龙江 哈尔滨 150000） 摘 要：本文对高熵合金及其粉体的制备方法、高熵合金的力学性能、耐蚀性和热稳定及抗氧化性进行了 综述，并对高熵合金的应用前景进行了总结和展望。为进一步丰富高熵合金的制备技术及优化合金性能提供 了理论依据。 关键词：高熵合金；增材制造；热等离子球化；力学性能 中图分类号：TB331 文献标识码：A Research progress on the preparation and application of high entropy alloys* GONG Shu-lin，LI Yan-chun，ZHANG Yu，SONG Mei-hui，LI Yan （Institute of Advanced Technology，Heilongjiang Academy of Sciences，Harbin 150000，China） Abstract:This article reviews the preparation methods of high -entropy alloys and their powders，and the mechanical properties, corrosion resistance, thermal stability, and oxidation resistance of high-entropy alloys, and summarizes and prospects their application potential. it also provides a theoretical basis for further enriching the preparation technologies of high-entropy alloys and optimizing the alloy properties. Key words:high entropy alloys; additive manufacturing; thermal plasma spheroidization; mechanical properties 收稿日期：2025-10-22 基金项目：黑龙江省省属科研院所科研业务费项目（CZBZ202608001）； 黑龙江科学院所能力提升专项（YSTS2025GJS01） 作者简介：宫书林（1997-），男，研究实习员，2023 年毕业于黑龙江科 技大学材料科学与工程专业，硕士研究生，现从事金属增 材制造方向。 通信作者：李艳春（1981-），女，硕士，副研究员，研究方向：高熵合金 复合材料。 综 述 图 1 5 种主元的固溶体模型：BCC 结构（a）；FCC 结构（b） Fig.1 Solid solution model of five principal components: （a）BCC structure;（b）FCC structure （a）BCC 结构 B C A D E A E B D （b）FCC 结构 E C D A A B E B C A C B E D Sum 366 No. 3 化 学 工 程 师 Chemical Engineer 2026 年第 3 期 ## Page 2 2026 年第 3 期 1 高熵合金及其粉体的制备 1.1 高熵合金的制备 1.1.1 电弧熔炼法 目前，高熵合金的制备主要采 用电弧熔炼法，在电能的作用下，电极与物料间通过 产生的电弧来熔炼金属[ 3 ]，该方法的优势在于可使 各元素充分混合，在熔炼过程中不易氧化，被污染的 几率更低。然而合金成分复杂多样，且各元素的熔点 存在差异，因此，在组织中会存在明显的元素偏析， 需要进一步处理。此方法会存在缩孔、缩松等铸造缺 陷，组织较为粗大；同时，受熔炼环境的限制，熔炼的 合金锭形状简单，尺寸较小，难以满足复杂结构及大 尺寸产品的制备需求，这些也限制了高熵合金在实 际生产生活中的应用[ 4 ]。 1.1.2 表面熔覆技术 表面熔覆技术是通过热源对 涂层粉末的辐照，使其快速熔化与基体形成冶金结 合，最终获得性能显著优异于基体表面的涂层。高熵 合金涂层的制备主要有激光熔覆、等离子熔覆等方 法。在表面改性技术中激光熔覆的应用最为广泛，因 此，学者们开始将高熵合金材料的高强度、高硬度等 优异性能与熔覆技术结合，发挥各自的优势[ 5 ]。与电 弧熔炼制备块体高熵合金材料相比，该方法制备的 涂层具有组织更均匀、更细小、结构更致密等特点， 且熔覆层对基体的热影响小，二者的冶金结合性更 优[ 6 ]。此外，激光熔覆的自动化水平高、工艺参数可 调数量多、熔覆层缺陷少，激光能量密度越低，涂层 晶粒尺寸越小，颗粒越细，性能越好[ 7 ]。有学者利用 氩弧熔覆技术制备了 AlCuFeNiCoSi 高熵合金涂层， 硬度最高可达 62.5HRC。 1.1.3 增材制造技术 随着增材制造技术的发展， 其应用更为广泛，金属增材制造可分为两大类：粉末 床融合技术（PBF）和直接能量沉积技术（DED），见 图 2[ 8 ]。这也为高熵合金成形构件的制备提供了新 的思路，该技术将三维模型进行二维切片处理，以逐 层堆积的方式制备目标材料[ 8 ]。增材制造理论上可 实现任意复杂形状材料的成形，实现多构件组成零 件的一体化制造，进而减少材料的浪费，缩短制备周 期，具有更灵活的设计，能够进行定制化加工[ 9 ]。同 时增材制造还具有加热速度和冷却速度快、熔池尺 寸小的特点[ 10 ]，可使高熵合金粉末在极短的时间内 完成熔化和凝固过程，因此制造的高熵合金晶粒尺 寸细小、元素分布均匀，强度远高于铸件[ 11 ]。 1.2 高熵合金粉体的制备 增材制造所打印出来的零件，其品质和性能取 决于粉末的性质。如果粉末质量较差，打印过程中就 会产生气孔、裂纹等缺陷。粉末质量受到球形度、粒 径大小、粉末流动性、松装密度和振实密度等因素影 响。机械合金化和雾化法是制备高熵粉末的常用方 法，其中雾化法包括水雾化法 （WA）、气雾化法 （GA）、等离子雾化法（PA）及等离子旋转电极雾化法 （PREP）。 1.2.1 机械合金化法 机械合金化是通过金属粉末 在球磨机中高速转动，其与粉末、罐壁之间相互碰 撞，使得混合粉末发生原子间扩散，进而获得合金化 粉末的方法[ 12 ]，同时也是制备纳米高熵合金的主要 手段。球磨过程中通过破碎粗大晶粒，优化内部组织 成分均匀性，从而使其机械性能得到改善。但该方法 存在机械合金化过程时间长、球形度差、加工过程中 易引入杂质等问题，不适合大批量制备。 1.2.2 等离子体旋转电极雾化法 等离子体旋转电 极雾化法的技术原理见图 3，该方法以等离子炬为 热源，以金属或合金棒料为自耗电极，棒料在高速旋 转过程中，其端面熔融金属液流在离心力作用下被 甩出，并在惰性气体中快速冷却凝固为金属粉末。此 过程无需坩埚，且有高纯惰性气体保护，制粉环境洁 净，可获得高纯度金属粉末，适用于高性能粉末的制 备[ 13 ]。同气雾化工艺相比，其具有工艺参数简单、粉 末表面光滑、制粉效率高等优势。 宫书林等：高熵合金制备及应用研究进展* 图 2 金属增材制造示意图 Fig.2 Schematics of metal additive manufacturing （b）直接能量沉积技术 喷嘴 送粉 基体 三维构件 送丝 高能量束 （激光 / 电子束） （a）粉末床融合技术 粉末床 高能量束 （激光 / 电子束） 熔池 三维构件 基体 67 ## Page 3 宫书林等：高熵合金制备及应用研究进展* 2026 年第 3 期 1.2.3 热等离子体球化法 热等离子体球化（TPS） 是利用温度高、能量密度大、传热及冷却速度快的等 离子体，将粉末颗粒瞬间加热至熔化或半熔化状态， 借助表面张力收缩成球形，随后快速冷却成球形颗 粒。其优势在于球化过程中颗粒飞行时间长、产品无 污染、操作模式连续、粉末球形度高、气体流速低及 工作功率低等。由于无电极烧损产生的污染，该方法 适用于难熔和高纯粉末球化工艺。通过射频电磁场 相互作用产生等离子体，使粉末熔化并缩聚成球的 技术称为射频等离子体球化。王繁强等人[ 14 ]将机械 合金化与射频等离子球化相结合制备 WMoTaNbV 高熵合金粉末，球磨过程中得到单一 BCC 相的高熵 粉末，而粉末呈扁平状，同时粉末中氧、碳杂质含量 相应增加，经过球化处理后，其粉末球化形貌及元素 分析见图 4。粉末中的氧、碳含量显著降低，这是由 于碳化物经高温分解且与吸附于粉末中的氧反应后 挥发，从而降低了杂质含量。经等离子体球化后粉末 具有流动性良好、振实密度高、氧含量低等特点。 2 高熵合金的性能 2.1 力学性能 由于高熵合金中的元素与传统固溶体结构不 同，无溶剂和溶质之分，同时合金中主元原子半径相 差很大，使晶格存在显著畸变，因而固溶强化的作用 明显，进而使涂层具有较高的强度和硬度。这也是采 用激光作为热源制备的高熵合金具有较高硬度和耐 磨性的原因之一。激光熔覆技术兼具快速加热与高 冷却速率的特点，可有效提高形核率，使涂层组织的 晶粒更为细小。而优化元素的配比并进行适当热处理 对提高涂层的硬度、耐磨性有一定改善。He 等人[ 15]在 Q235 钢上制备 FeCoCrNiAlTix 复合涂层，涂层的硬 度曲线见图 5，x=1 时平均硬度可达到 966.29 HV， 随 Ti 含量的增加，其摩擦系数和磨损量有所降低， 耐磨性能得到了改善，主要磨损机理为磨粒磨损。 Joseph 等人 [ 16 ] 采用 DLF 制备 AlxCoCrFeNi 高熵合 金，晶体结构发生 FCC→FCC+BCC→BCC 的转变； 随着 Al 浓度的增加，体系的强度明显提升，其中 Al0.85 强度最高，这是由于自旋分解形成的密集沉淀 导致沉淀硬化效应所致。 熔覆过程中，涂层会析出纳米晶和金属间化合 物，产生弥散强化效应。与激光热源具有加热快、冷 却快的工艺特点结合，可达到协同增效的效果，进一 步提升涂层的综合性能。Guo 等人[ 17 ]在 904L 钢表面 通过原位析出 TiN 颗粒，优化了 CoCr2FeNiTi 复合涂 层，结果表明，随着 Ti 元素的增加，涂层由不规则的 树枝状、粒状的 TiN 以及少量 Laves 相组成，图 6 为 CoCr2FeNiTi0.5 涂层的 TEM 分析结果，可以看出 TiN 颗粒相与基体形成冶金结合，结合区域无微裂缝或 孔洞；较大原子半径的 Ti 原子溶解到固溶体中，引 发晶格畸变，进而提高了涂层的硬度。 图 4 粉末球化形貌和元素分析 Fig.4 Morphologies of powder after spheroidization and element analysis 100μm 20μm 20μm W Mo Ta Nb V 20μm 元素 组分 /at.% W Mo Ta Nb V 14.98 16.99 26.39 24.30 17.35 图 3 PREP 技术原理 Fig.3 Schematic diagram of PREP technology 电机 旋转电极（阳极） Ar/He 气 飞溅熔滴 气 Cu（阴极） 圆形喷嘴 熔池 等离子弧 附加 Ar/He 气流 防火海绵 烧杯 粉末 真空泵 图 5 FeCoCrNiAlTix 涂层的显微硬度 Fig.5 Microhardness of FeCoCrNiAlTix coatings 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 显 微 硬 度 /H V 0 200 400 600 800 1000 1200 距离 /μm x=1 x=0.75 x=0.50 x=0.25 x=0 68 ## Page 4 2026 年第 3 期 2.2 耐蚀性 2.2.1 合金元素对高熵合金耐蚀性的影响 我国每 年因腐蚀而造成的经济损失占比很大，制备具有更 优异的耐蚀材料、延长结构的使用寿命具有重要意 义。与传统的合金不同，高熵合金基本由单相或两相 组成，一般不存在多相组成。传统合金相组成较为复 杂，不同相之间存在电位差，在导电环境中易形成微 电池，从而使材料的耐蚀性能降低。采用激光熔覆制 备高熵合金涂层时，通常微量元素的加入或调节某 种元素加入的量，是提高耐蚀性的主要手段。设计高 熵合金粉末成分时，通常会加入如 Ni、Cr、Mo、Co、Ti 等耐蚀元素，使高熵合金在 HNO3、H2SO4、NaOH 和 NaCl 等多种腐蚀介质中能表现出良好的耐腐蚀性 能[ 18 ]。杨海欧等人[ 19 ]在 3.5%NaCl 溶液中，研究了单 相 CoCrFeNi 高熵合金中各组成元素对合金耐腐蚀 性能的影响。图 7 为合金体系在 3.5%NaCl 溶液中 的动电位极化曲线，当 Co、Cr 含量固定，增加 Fe 含 量并减少 Ni 含量，可降低电流密度，提升耐蚀性；当 Cr 含量不变，减少 Co、增加 Fe 及 Ni 含量时，自腐蚀 电位提高，腐蚀倾向降低。 2.2.2 激光热源对高熵合金耐蚀性的影响 高熵合 金具有高混合熵效应，同时激光熔覆具有快热快冷 的特点，在二者协同作用下，制备的涂层易于形成致 密均匀的简单组织，晶界处的杂质较少，且会改善成 分偏析，从而抑制微电池的形成，减弱腐蚀倾向，耐 腐蚀性能优于传统合金。库岩涛等人[ 20 ]采用选区激 光熔化技术，制备了不同工艺参数的 AlCoCrFeNi2.1 共晶高熵合金，图 8 为试样微观组织的 TEM 形貌， 涂层以层片状为主，少部分存在胞状，胞内为 B2 相，胞壁为 L12 相。当激光能量密度为 180J·mm-3 时，试样耐蚀性较好。这是因为纳米级层片更细小， 可形成致密的钝化膜，阻碍 Cl等腐蚀性离子侵蚀涂 层表面。该钝化膜与基体紧密结合，能有效抑制微电 池腐蚀，增强抗腐蚀能力。 2.2.3 热处理对高熵合金耐蚀性的影响 高熵合金 在制备过程中，会出现残余应力、元素偏析、气孔等 缺陷，这些缺陷会影响高熵合金的耐蚀性，通过适当 的热处理工艺，可调整节熵合金的化学成分分布、均 匀组织、细化晶粒、消除内应力等[ 21 ]，进而改善缺陷 带来的不利影响，提升高熵合金的耐蚀性能。蒋淑英 等人[ 22 ] 制备 AlCoCrFeNi 高熵合金并进行退火处 理，对比铸态与退火态高熵合金的耐腐蚀性能发现， 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 E（vsSCE）/V Co20Cr20Fe20Ni4（0 1） Co20Cr20Fe30Ni30（2） Co20Cr20Fe40Ni20（3） Co26.67Cr20Fe26.67Ni26.6（7 4） Co30Cr20Fe20Ni30（5） Co30Cr20Fe30Ni20（6） Co40Cr20Fe20Ni20（7） （a）动电位极化曲线 10-5 10-4 10-3 10-210-1 100 101 102 103 104 105 i/A·cm-2 图 7 CoaCr20FebNi80-a-b 体系在 3.5%NaCl 溶液中 的动电位极化曲线 Fig.7 Potentiodynamic polarization curves of CoaCr20FebNi80-a-b system in 3.5%NaCl solution 1.4 （b）图（a）局部放大图 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 E（vsSCE）/V 2 6 7 5 1 4 3 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 i/A·cm-2 图 8 微观组织的 TEM 图像 Fig.8 TEM micrographs of the dual-phase structure （a）横向双相结构 500nm （b）纵向双相结构 500nm BCC/B FC 2 C/L12 FCC/L1 B 2 CC/B2 宫书林等：高熵合金制备及应用研究进展* 图 6 CoCr2FeNiTi0.5 涂层的透射图像 Fig.6 TEM micrograph of CoCr2FeNiTi0.5 coating TiN （a）微观结构 1μm （b）TiN 颗粒衍射花样 （022） （200） （400） （022） 2 nm （c）高分辨透射形貌 （111） 2nm （d）傅里叶变换后的衍射花样 FTT （111） （020） （000）（111） （111） Z=［101］ 1 n 69 ## Page 5 2026 年第 3 期 在3.5%NaCl 溶液中，1000℃退火态的合金耐蚀性最 好；在 0.5mol·L-1 H2SO4 溶液中，各状态合金均出现 钝化现象，在 1000℃退火时电流密度最小，耐蚀性 最优。Li 等人[ 23 ]制备了 FeCoCrNiMn 高熵合金涂层， 经过 800℃退火后发现，Mn 扩散至晶内，缓解了其 在晶界处偏析，使元素分布更均匀，通过减少局部腐 蚀微电池，使得钝化膜成分更稳定。同时钝化膜中 Cr、Ni、Co 的富集也增强了膜的保护性能。 2.3 热稳定及抗氧化性能 高熵合金在高温下依然能维持相结构与性能稳 定，表现出优异的抗高温氧化性能，这主要归因于迟 滞扩散效应降低了其扩散系数，即便在高温下，扩散 系数仍较低。为提升高熵合金的高温抗氧化性能，通 常添加 W、Ta、Zr、Si、Al 等合金元素，其加入会形成 致密氧化膜，有效防止氧的扩散，从而改善涂层的抗 氧化性能。Wang 等人[ 24 ]对 NixCo0.6Fe0.2CrySizAlTi0.2 涂 层在 1100℃保温 10h 处理后，涂层硬度仍然很高， 最高可达 964 HV。 3 高熵合金应用 由于高熵合金具有优异的力学性能、耐蚀性能 及耐高温性能，因此，在车辆装备领域、耐磨刀具材 料领域、焊接领域、生物医用材料领域、核工业领域 等均具有潜在应用价值。 3.1 车辆装备领域 在车辆装备领域，高熵合金具有一定应用潜力。 可采用轻质高熵合金材料替代传统的汽车所需的结 构材料（如轿车结构板、轴承用钢等），同时也可替换 零部件材料（如曲轴、变速箱等），发挥其轻量且高强 度的优势，显著提升车辆的可靠性，同时满足轻量化 使用要求[ 25 ]。 3.2 耐磨刀具领域 制备各类耐磨涂层或刀具材料时，传统合金不 能满足高速切削的使用需求。为提升传统刀具材料 在高速切削下的性能，可通过设计高熔点的高熵合 金涂层成分，利用激光熔覆技术对传统刀具材料进 行改性，使刀具在高速切削下仍具有优异的耐磨性、 很高的硬度、良好热稳定性、抗高温软化性以及优 良的断屑效果，进而提高被加工材料的表面光洁 度[ 26 ]。 3.3 焊接领域 高熵合金在焊接领域发挥着独特的作用，可作 为焊接填充材料，用作两种合金之间的中间层，获得 以固溶体相为主的焊缝，防止金属间形成化合物，通 过固溶强化来提高焊接接头的使用强度[ 27 ]；同时， 因其具有耐高温性能、较高的抗压强度以及耐腐蚀 性能，常作为高温材料应用于耐火钢结构骨架及高 温设备中。 3.4 生物医用领域 作为医用材料，具有生物相容性的无毒或低毒 元素是最重要的条件。根据不同元素在医用材料中 的作用，适时调整医用高熵合金材料元素成分并进 行合金化设计，从生物安全性、生物相容性角度出 发，改善传统材料引发的不良反应，在临床实践方面 具有广阔的应用前景[ 28 ]。 3.5 核工业领域 含有高熔点难熔金属元素的高熵合金，在核工 业领域具有巨大的潜在价值，其不仅具有良好的抗 辐照损伤能力，还展现出优异的高温强度及可调控 的耐蚀性。这些突出性能是核反应堆结构材料安全 服役的重要保障[ 29 ]。 4 总结与展望 高熵合金与传统合金相比具有更优异的性能， 成为近些年材料领域的研究热点。然而，采用传统的 电弧熔炼法制备高熵合金，易产生成分偏析、缩孔、 缩松等铸造缺陷，且铸造的合金形状简单、尺寸较 小，难以制备结构复杂、尺寸较大的产品；而以激光 为热源的表面改性技术，可使涂层组织更均匀细小、 结构致密，且激光熔覆的自动化水平高、工艺参数可 调范围广、熔覆层缺陷少。 增材制造技术的发展为高熵合金的制备提供了 新思路。增材制造理论上可实现对任意复杂形状材 料的成形，实现多构件组成零件的一体化成形，进而 减少材料的浪费，缩短制备周期，具有更灵活的设计， 能够进行定制加工，制备出的构件性能优于铸件。 目前，学者们通过调控工艺参数、优化成分设 计，对打印件的质量及性能优化开展了大量基础性 研究，然而就合金粉末质量对打印件的影响研究较 少，对此，通过机械合金化或等离子体旋转电极雾化 等制得的粉末，经等离子球化实现细化球化，进而优 化合金粉末的质量、提高打印件性能，是未来较为广 泛的研究方向；另一方面，对高熵合金在严苛的服役 环境下的应用研究较少，因此，可结合计算机模拟技 术，对其在严苛环境中的服役情况进行预测，进一步 拓宽材料的应用范围。 宫书林等：高熵合金制备及应用研究进展* 70 ## Page 6 2026 年第 3 期 参 考 文 献 ［1］ Ye J W, Chen S K, Lin S J, et al. 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