综述：高熵合金增强轻质金属基复合材料的基础、制备、性能与前景

这篇综述系统探讨了高熵合金（HEA）增强轻质金属基复合材料（LMMCs）的研究进展，重点分析了其微观结构演化、界面结合机制（如载荷传递、Orowan环化）及性能优势（硬度、延展性、耐腐蚀性）。文章对比了HEA与传统陶瓷增强体的差异，并展望了其在航空航天、汽车等领域的应用潜力。

　　

高熵合金增强轻质金属基复合材料：革新与挑战

1.0. 引言

轻质金属基复合材料（LMMCs）以铝（Al）、镁（Mg）、钛（Ti）为基体，通过引入高熵合金（HEA）增强体突破传统陶瓷（如SiC、Al₂O₃）的局限性。HEA的多主元特性（如CoCrFeMnNi）赋予其高熵效应、晶格畸变和缓慢扩散效应，显著提升复合材料的强度-延展性平衡。

2.0. LMMCs基础

2.1. 轻质基体特性

铝基合金（如Al2024、Al6061）和镁基合金（AZ31）因低密度（2.7 g/cm³）和可加工性成为理想基体，但高温强度不足。2.2. HEA增强机制

HEA通过固溶强化和界面兼容性（如Al_0.5CoCrFeNi与Al的CTE匹配）减少应力集中，避免陶瓷增强体的脆性断裂问题。

3.0. 制备技术

3.1. 粉末冶金（PM）

通过球磨-烧结工艺实现HEA均匀分散，但存在碳污染风险。3.2. 搅拌铸造

超声辅助技术（如Al_0.5CoCrFeNi/Al）可减少颗粒团聚，提升界面结合。3.3. 先进工艺

放电等离子烧结（SPS）和增材制造（AM）可实现纳米结构调控，但成本较高。

4.0. 微观结构演化

4.1. 界面特性

HEA与基体形成扩散层（如CoCrFeNi/Al中的互扩散区），增强载荷传递效率。4.2. 晶粒细化

HEA颗粒通过齐纳钉扎效应将晶粒尺寸从微米级降至亚微米级，硬度提升54%（如Mg/Al₂₀Mg₂₀Li₂₀Cu₂₀Zn₂₀复合材料）。

5.0. 力学性能

5.1. 强化机制

Orowan强化（纳米HEA）和位错密度增加使Al基复合材料屈服强度提高112 MPa。5.3. 耐磨性

10 wt% CrCuFeMnNi/AA7075的磨损率降低43%，归因于HEA的润滑氧化层形成。

6.0. 热与腐蚀行为

HEA增强体（如含Cr/Al的HEA）在900°C下形成致密Cr₂O₃氧化层，腐蚀电流密度降低87%。

8.0. 新兴趋势

8.4. 高熵基体复合材料（HEMCs）

以HEA为基体（如AlCrFeCoNi）进一步拓展高温应用，蠕变抗力提升2.6倍。

9.0. 应用前景

从航空发动机叶片（耐650°C高温）到骨科植入物（Ti₆Al₄V/HEA生物相容性），HEA-LMMCs正重塑多领域材料设计范式。未来需解决规模化生产（如电弧熔炼成本）和长期服役数据缺失等挑战。