西安工程大学王俊勃教授团队：合金成分对高熵合金涂层耐磨性影响的研究进展

2024-12-19 14:09:40 作者：中国表面工程来源：中国表面工程分享至：

本文为西安工程大学王俊勃教授团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第4期的综述论文，题为“合金成分对高熵合金涂层耐磨性影响的研究进展”。

在材料表面制备高熵合金涂层，可显著提升其表面硬度、力学性能和摩擦磨损性能，延长服役寿命。高熵合金涂层在对基体材料抗磨性要求较为苛刻的领域表现出巨大的应用潜力，然而鲜有相关综述论文，有必要对目前关于高熵合金涂层耐磨性的研究成果进行评述。根据材料科学与工程四面体可得，合金成分是影响高熵合金涂层耐磨性的根本原因。

西安工程大学王俊勃教授团队在《中国表面工程》2024年第37卷第4期发表综述论文《合金成分对高熵合金涂层耐磨性影响的研究进展》，对现有研究梳理，归纳总结 Al、Ti、Cu、Co、Nb、Mo、W 等金属系元素，Si、B、C、O 非金属系元素、元素的复合作用，以及 TiC 与 WC 等陶瓷颗粒对高熵合金涂层微观组织、硬度和耐磨性机理的影响。最后，指出目前研究工作中所面临的挑战，展望高熵合金涂层的应用前景和发展方向。系统地概括目前合金成分对高熵合金涂层耐磨性影响的相关研究。

引用格式

姜凤阳，艾根根，思芳，刘江南，卫娜，王俊勃. 合金成分对高熵合金涂层耐磨性影响的研究进展[J]. 中国表面工程，2024，37(4)：18-43.

JIANG Fengyang, AI Gengen, SI Fang, LIU Jiangnan, WEI Na, WANG Junbo. Research Progress of the Effect of Alloy Composition on the Wear Resistance of High-entropy Alloy Coatings[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(4): 18-43.

论文创新点

本文综述了金属元素、非金属元素，以及陶瓷颗粒对高熵合金涂层摩擦学性能的影响，指出目前研究所面临的挑战以及后续研究的方向。研究结果对于制定更科学合理的耐磨性设计方案、提高涂层的耐用性和实际应用效果有着积极的作用，对相关领域研究有着一定的参考价值。

重要结论

目前高熵合金涂层体系还不够丰富，成分设计仍以经验和试错法为主，而高熵合金涂层元素众多，试验法工作量巨大。鉴于此，通过高通量集成计算法来预测材料耐磨性能、通过模拟仿真预先筛选出潜在高性能材料体系，从而大幅度减小试验量，是今后成分体系设计的重要方向。而且我国高熵合金领域尚缺少一些模拟计算能力，难以精确预测其结构和性能，高熵合金的理论数据库搭建和仿真能力有待进一步完善。

已开发出部分具有优良耐磨损性能及一定经济优势的材料体系，但大多仍处于试验阶段。科研成果的工程化和推广应用较慢，新兴高熵合金制造技术与国家优先发展领域目标匹配有待进一步提高。在理论研究方面，尤其是从原子角度方面来解释耐磨强化机制设计的较少，导致无法对最终的产品进行标准化控制，这将直接影响高熵合金涂层的产业化。

对于非等原子比、质量比或体积比的高熵合金涂层而言，主要元素或者第二相的掺杂量还是通过大量的试验法，缺乏 AI 机器学习以及科学仿真等方法，不能准确预测及控制物相组成的取向。后续研究应基于目前的理论基础，即第一性原理计算-DFT、相图计算-CALPHAD、更为精确的原子模拟技术[例如：分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation）；蒙特卡罗模拟（Monte Carlo simulation）；分子静力学模拟（Molecular statics simulation）等]，以及热力学理论和摩擦磨损试验结果，结合日臻完善的探测技术，逐步完善各个成分体系下的磨损机理。

课题组简介

论文主创

王俊勃

二级教授，1966年6月出生，祖籍山东潍坊，西安交通大学材料科学与工程专业博士，陕西省教学名师，硕士研究生导师。校材料成型及控制工程和材料科学与工程本科专业创建者和带头人、国家和陕西省一流专业带头人；复合材料设计及控制硕士点和学科创建者和带头人、材料科学与工程一级学科硕士点和学科创建者和带头人。

刘江南

博士，二级教授，博士研究生导师。主要研究方向为复合材料设计及控制、耐热合金及金属功能材料等。兼任陕西省腐蚀与防护学会理事长、陕西省兵工学会副理事长、陕西省材料研究学会副理事长等。先后主持和参与 20 余项国家和省部级科研课题，发表学术论文50余篇。1989年被评为部级优秀教师，1991年被评为陕西省教书育人先进个人，1996年获国务院政府特殊津贴，被陕西省委和省政府评为2003年度有突出贡献中青年专家、2005年度有突出贡献专家，2006年被省教育工委、省教育工会授予“全心全意依靠教职工办学的优秀党政领导干部”称号，2007年被陕西省委、省政府授予“先进工作者”称号。曾获省部级科技进步二等奖二项、三等奖一项，陕西省优秀教学成果一等奖三项、二等奖二项。2013年获陕西省高校优秀教学成果特等奖。