2004年，Yeh教授提出了高熵合金（HEAs）的概念，其被視為傳統合金的突破， HEAs是一種由四種以上主要元素組成的“化學無序”合金，這些元素并不明顯地分類為溶質或溶劑。HEAs的四個核心效應被認為是高熵效應、緩慢擴散效應、晶格畸變效應和“雞尾酒”效應。得益于這四個核心效應，HEAs通常表現出優異的機械性能，然而，隨著HEAs研究的深入，發現其在高強度與高延展性之間存在矛盾，這限制了其在材料加工工程中的進一步應用。此外，目前大多數HEAs是通過電弧熔煉制備的。由于HEAs內含有多種金屬元素，容易出現流動性差和成分偏析，進而產生結構缺陷。因此，幾乎不可能制造出大尺寸的HEA鑄錠。總之，力學性能的偏失和鑄造缺陷嚴重阻礙了HEAs的工業應用，因此亟需改進傳統HEAs。

共晶高熵合金（EHEAs）作為傳統HEAs的突破，被視為理想解決方案。EHEAs通過調節共晶合金中的兩相，可以同時獲得高強度和良好的延展性。此外，作為共晶合金，相對較低的熔點和不存在液固混合區的特性，從根本上解決了HEAs的鑄造性差和偏析嚴重的問題。當采用共晶合金的設計策略來制造HEAs時，得到的EHEAs同時具備了共晶合金和HEAs的優點，從而促進了其工業應用。作為一種顛覆性的材料體系，EHEAs的研究仍然較為零散，阻礙了其優勢的發揮。因此，本文首次全面總結了EHEAs的當前研究狀態。第一部分從基本理論、微觀結構與變形行為以及合金設計三個方面進行詳細闡述。第二部分則從EHEAs在焊接、表面工程、增材制造中的應用而展開。最后，本文展望了EHEAs未來的發展方向。

共晶高熵合金（EHEAs）結合了共晶合金和高熵合金（HEAs）的優點，具有良好的鑄造性能和卓越的綜合力學性能，在材料加工工程中展現出巨大的潛力。本文首次全面總結了EHEAs的當前研究現狀，包括基本理論、微觀結構與變形行為以及合金設計方法，并對EHEAs在焊接、表面工程和增材制造中的應用進行了全面總結。

圖1. 共晶高熵合金的設計理念：當使用共晶合金的設計策略來制造HEAs時，所得到的EHEAs具有共晶合金和HEAs的優點

圖2. 顯示不同形態的共晶高熵合金（EHEA）所占比例的餅圖：多數EHEA具有片層狀和短棒狀結構，少數呈現出獨特的共晶枝晶形態

圖3. AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的變形行為

FCC/B2界面上大量位錯的阻塞使AlCoCrFeNi2.1具有較高強度，而高延展性是FCC相位錯滑移的結果。

圖4. 鑄態AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金熔焊接頭的微觀形貌及性能：

熔化焊接后的EHEAs通常具有共晶微觀結構，焊接接頭的抗拉強度和耐腐蝕性由于晶粒細化效應而提高。

圖5. （A）AlCoCrFeNi2.1/AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金擴散焊接頭微觀形貌及性能，（B）AlCoCrFeNi2.1/GH4169擴散焊接頭微觀形貌及性能，（C）AlCoCrFeNi2.1/TiAl擴散焊接頭微觀形貌及性能：

受到動態再結晶的影響而通常具有更復雜的微觀結構；緩慢擴散效應使EHEA接頭很少受到高溫下晶粒粗化和再結晶的負面影響

圖6. Ni1.5CrCoFe0.5Mo0.1Nb0.68 EHEA涂層：（A）微觀形貌，（B）凝固過程，（C）性能

由于高能量密度和快速冷卻速率，其表面微觀結構顯著細化，納米沉淀物重新引入共晶相中，從而提高了EHEAs的硬度和耐磨性。Nb含量對HEA涂層的微觀結構有顯著影響（當Nb含量達到共晶點時變為EHEA涂層），因此影響其硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

圖7. （A）SLM-AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微觀形貌及性能，（B）不同體積能量密度的影響，（C）不同初始粉末粒徑的影響，（D）激光重熔的影響

由于SLM-EHEAs中獲得了非常細小的晶粒，SLM-EHEAs的抗拉強度優于通過直接鑄造、冷軋和退火制備的EHEAs。體積能量密度和初始粉末粒徑對其微觀結構和力學性能有顯著影響。

圖8. （A）LDED-AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微觀形貌及性能，（B）LMD-AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微觀形貌及性能，（C）L ENS-AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微觀形貌及性能

LDED-EHEAs的共晶微觀結構在建造方向上從上到下各異，這可以歸因于不同的熱條件和元素擴散。LDED-EHEAs同樣表現出優良的抗拉和抗壓性能。

EHEAs兼具共晶合金和HEAs的優勢，具有優良的鑄造性能和卓越的綜合力學性能，被認為是對傳統合金的一次突破。大多數EHEAs由兩相組成，由于這兩種共晶相在大多數情況下都具有較低的熔融熵，EHEAs通常呈現層狀或棒狀形態。在加工方面：熔化焊接后的接頭性能由于晶粒細化效應而提高。相比之下，固相焊接的EHEAs通常具有更復雜的微觀結構；在對塊體EHEAs進行表面改性時，其表面微觀結構顯著細化，納米沉淀物重新引入共晶相中，從而提高了EHEAs的硬度和耐磨性；增材制造中，SLM-EHEAs中獲得了非常細小的晶粒，具有優異的抗拉強度；而由于不同的熱條件和元素擴散，LDED-EHEAs的共晶微觀結構在建造方向上從上到下各異，其同樣表現出優良的力學性能。

目前對EHEAs及其在材料加工工程中的應用的研究仍然相對有限，在全面理解EHEAs及其潛力方面仍有很長的路要走。基于此，EHEAs及其在材料加工工程中的應用還有許多領域等待進一步探索：目前，大多數關于EHEAs的研究集中在AlCoCrFeNi2.1體系上，而對其他EHEA體系的力學性能、變形行為和強化機制的研究相對有限。可以對已公開報道的其他EHEA體系進行深入探索，擴展對不同體系的高溫穩定性、輻射損傷抗性、電氣和磁性抗性等其他多功能性能方面的研究，結合不同溫度和狀態下各種EHEA體系的微觀結構和性能，以了解EHEAs的共性規律。對于加工工程的應用，可建立加工參數對EHEAs的微觀結構的影響關系。通過控制和調節加工參數，可以優化EHEAs的形態和相組成，從而獲得最突出的性能。從這個角度出發，建議將材料基因工程與材料加工工程模擬相結合，以深入了解EHEAs成分與加工參數之間的關系，不斷擴展EHEAs的適用性和普遍性。以此為大規模生產EHEAs的實用技術提供理論和技術支持。

宋曉國

團隊負責人

哈爾濱工業大學（威海） 教授

宋曉國，教授，博導，哈爾濱工業大學（威海）材料科學與工程學院院長，山東省特種焊接技術重點實驗室主任。擔任中國焊接學會青年委員會主任委員，中國材料研究學會超聲材料科學與技術分會常務副理事長，中國有色金屬學會有色金屬焊接與連接分會副主任。先后入選哈工大青年拔尖人才、山東省泰山學者特聘專家計劃、青年長江學者。主要從事復雜結構焊接與可靠性方向的研究，承擔國家自然科學基金、國家科技重大專項、裝發預研等科研項50余項，在Carbon、Scripta Mater.、J. Am. Ceram. Soc.、Ultrason. Sonochem. 等材料加工領域期刊發表學術論文200余篇；授權發明專利50余項。獲中國機械工業學會特等獎1項、中國有色金屬學會一等獎1項。

林丹陽

本文通訊作者

哈爾濱工業大學（威海） 副教授

林丹陽，副教授，博導，哈爾濱工業大學（威海）材料科學與工程學院院長助理，入選山東省青年人才托舉工程，哈工大青年拔尖人才選聘計劃。擔任山東省青年創新團隊帶頭人，首屆全國增材制造專家委員會委員，中國機械工程學會焊接分會青年委員，中國機械工程學會增材制造技術分會青年委員，焊接雜志社編委，金屬加工雜志社編委，材料保護雜志社編委，《焊接》、《焊接學報》、《Materials》、《Crystals》客座編輯。主要從事先進材料激光增材制造、新材料及異種材料連接等方面的研究。在工程技術類最頂級期刊《Additive Manufacturing》、《Composites Part B: Engineering》、《Journal of Materials Science & Technology》《International Journal of Plasticity》等發表SCI論文五十余篇；授權國家發明專利二十余項。近三年主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃子課題、山東省自然科學基金、國家重點實驗室重點項目等課題十余項。