آلیاژهای آنتروپی بالا – High Entropy Alloys

این ترکیب منحصر به‌فرد، موجب افزایش شدید آنتروپی اختلاط در حالت جامد می‌شود، که به پایداری فازهای ساده‌ای مانند BCC، FCC یا HCP کمک می‌کند. به عبارت ساده‌تر، ترکیب متعادل این عناصر باعث می‌شود آلیاژها ساختار ساده‌تری داشته باشند، مانند فازهای BCC یا FCC، و از تشکیل ترکیبات بین‌فلزی ترد جلوگیری می‌نماید.

آلیاژهای HEA به دلیل چهار اثر کلیدی شناخته می‌شوند:

1. اثر انتروپی بالا: که منجر به تشکیل ساختارهای پایدار و ساده می‌شود.
2. نفوذ بسیار کند اتم‌ها: که بر خواص حرارتی و خزش در دماهای بالا تأثیر مثبت دارد.
3. اعوجاج شدید شبکه‌ای: ناشی از تفاوت شعاع اتمی عناصر، که به افزایش سختی منجر می‌شود.
4. اثر کوکتل: که ترکیب عناصر می‌تواند خواص مکانیکی و فیزیکی را به شدت تغییر دهد.

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های HEAs، خواص مکانیکی شگفت‌انگیز آن‌هاست. در مقایسه با آلیاژهای متداول، خواص مکانیکی HEAs کمتر تحت تأثیر نوع عنصر بوده و بیشتر وابسته به نوع ساختار فازی است. به‌عنوان مثال، ساختارهای BCC استحکام تسلیم بسیار بالا (تا حدود 3000 MPa) ولی شکل‌پذیری پایین دارند، در حالی که ساختارهای FCC استحکام کمتری دارند (در حدود 300 MPa) ولی چقرمگی و پلاستیسیته بالایی ارائه می‌دهند. ترکیب این دو ساختار می‌تواند به طراحی آلیاژهایی با خواص مکانیکی بهینه منجر شود.

این مواد را می‌توان با روش‌های مختلفی ساخت؛ از جمله ذوب در کوره قوسی(فاز مایع)، آلیاژسازی مکانیکی و آسیاب گلوله‌ای با انرژی بالا(فاز جامد)، تکنیک‌های لایه‌نشانی از فاز بخار مثل اسپاترینگ (فاز گاز) یا حتی فرایندهای الکتروشیمیایی.

از لحاظ خواص کاربردی، HEAs دارای سختی بالا، استحکام فشاری و کششی چشمگیر، مقاومت فوق‌العاده در برابر خستگی، سایش و حتی خوردگی هستند. برای نمونه، گزارش شده است که آلیاژ Al₀.₅CoCrCuFeNi مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به فولاد زنگ‌نزن 304 دارد. همچنین پوشش‌های کاربیدی مبتنی بر HEA سختی حدود ۳۱ GPa و مقاومت به سایش بالایی از خود نشان داده‌اند.

در نهایت، آلیاژهای انتروپی بالا به دلیل خواص منحصربه‌فرد، موضوعی داغ در تحقیقات مهندسی مواد هستند که بررسی ترمودینامیک، کینتیک، نمودارهای فازی (که هنوز کامل نشده‌اند) و خواص مکانیکی و فیزیکی آن‌ها در حال توسعه است. این آلیاژها در واقع یک زمینه نوظهور و پرپتانسیل در علم مواد محسوب می‌شوند و آینده درخشانی در صنایع پیشرفته خواهند داشت.