导读高熵合金由四种或更多不同元素组成，通常具有许多理想的特性——它们重量轻、强度高、延展性强、耐腐蚀，是航空等极端环境中发电应用的理想
高熵合金由四种或更多不同元素组成，通常具有许多理想的特性——它们重量轻、强度高、延展性强、耐腐蚀，是航空等极端环境中发电应用的理想选择。但是，由于构成合金的元素及其相对比例可能会有所不同，因此通过实验测试可能的组合及其特性的绝对数量既困难又耗时。
艾姆斯实验室领导的团队使用量子力学建模方法以计算方式发现和预测了一个特别有前途的 HEA 系统 Fe x Mn 80?x Co 10 Cr 10的原子结构，以及该结构中的转变和缺陷如何导致更坚固、更具延展性的材料。
“当我们能够确定这些转变及其对材料特性的影响时，我们就可以预测它的强度，我们可以有意识地为这些非常复杂的合金设计强度和延展性，”艾姆斯实验室的科学家杜安约翰逊说。然后通过实验证实了这些预测，使用先进的电子显微镜研究单晶样品，包括选择性区域和电子背散射衍射。值得注意的是，该方法适用于任何多元素复合合金。
Johnson 说，以理论为导向的计算设计在优化这些材料的性能、使它们更坚固、更具延展性以及在许多情况下更便宜方面具有广阔的前景。这些性能改进可能对极端环境中的应用产生重大影响，例如用于发电或航空的涡轮发动机，它们在更高的温度下更有效地工作。
“使用这种预测方法，我们已经能够将我们的合金开发时间表加快 50% 以上，并证明工作温度提高了 10-20%，”约翰逊说。他说，就航空而言，这可以转化为数亿美元的成本节约，并显着减少温室气体排放。