研判2025！中国高熵合金行业制备工艺、相关政策、市场规模及发展趋势分析：高熵合金加速从实验室迈向产业化[图]

内容概要： 高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相关研究发现，多种元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成复杂的金属间化合物，而是形成了简单的固溶体结构。高熵合金具有四大核心效应，包括热力学上的高熵效应——单相固溶体结构、晶体结构上的严重晶格畸变效应、动力学上的扩散迟滞效应、鸡尾酒效应——优异的综合性能。高熵合金的出现打破了传统合金以混合焓为主的设计理念，为新材料的研发打开了一个广阔的成分设计空间。高熵合金可应用于国防、航空、航天等多个关键领域，目前我国在高熵合金研究方面取得了一定进展，但整体来看，大多数高熵合金材料的研究仍停留在实验室阶段，工业化推广进程较为缓慢，行业规模较小。在制备技术方面，如高熵合金纳米颗粒的制备仍存在诸多技术挑战，尚未实现大规模产业化应用。2024年中国高熵合金行业市场规模约为0.83亿元。未来，高熵合金有望在制备技术上取得突破，实现规模化生产。在应用方面，随着对其性能研究的深入和成本的降低，将在更多领域得到广泛应用。同时，通过成分设计和工艺优化，开发出具有更优异综合性能、满足特定需求的高熵合金材料也是重要的发展方向。

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关键词：高熵合金、合金、有色金属

一、高熵合金行业相关概述

高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相关研究发现，多种元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成复杂的金属间化合物，而是形成了简单的固溶体结构。高熵合金具有四大核心效应，包括热力学上的高熵效应——单相固溶体结构、晶体结构上的严重晶格畸变效应、动力学上的扩散迟滞效应、鸡尾酒效应——优异的综合性能。高熵合金的出现打破了传统合金以混合焓为主的设计理念，为新材料的研发打开了一个广阔的成分设计空间。

经过多年研究，高熵合金出现了大量的新成分。这些高熵合金成分主要有两种分类方式，一是按照相的结构类型分类，二是按照相的种类分类。按照相的结构类型，高熵合金可以分为：FCC型、BCC型、HCP型、非晶型及金属间化合物型。FCC型高熵合金中典型代表为等原子比的FeCoCrNiMn合金。该合金为单一的FCC固溶体，且具有良好的结构稳定性。BCC型高熵合金主要由第Ⅳ-Ⅵ族元素组成。由于该类元素熔点普遍较高，一些BCC型高熵合金也被称为难熔高熵合金。相对FCC和BCC体系的高熵合金，HCP结构的高熵合金体系较少，通常由稀土元素组成，例如GdHoLaTbY等。高熵非晶合金体系较多，包括具有良好生物相容性的Ca20Mg20Zn20Sr20Yb20合金，以及具有良好软磁性能的Fe25Co25Ni25(P， C， B)25合金等。按照相的种类，高熵合金可以分为单相、双相、共晶及多相高熵合金等。单相高熵合金即具有FCC/ BCC/HCP结构的单相固溶体合金。由于混合熵对吉布斯自由能的贡献，这种单相结构在高温下(＞900 ℃)更稳定。随着温度降低，固溶体的吉布斯自由能升高，单相结构不再稳定，可析出第二相。双相高熵合金包括FCC+BCC型、FCC+HCP型、BCC+HCP型、FCC/BCC+陶瓷相等。共晶高熵合金通常由具有一定塑性的FCC基体以及具有一定强度的硬质相(如Laves相)构成，这可以有效地改善合金在室温以及高温下强韧性不足的问题。

二、高熵合金行业制备工艺

高熵合金的制备方法很多，且随着科学技术的进步，其制备方法也一直处于更新与发展之中。从1995年至今，出现了使用电弧熔炼、机械合金化、激光熔覆、磁控溅射、3D打印、气相沉积等制备方法来制备高熵合金并取得了成功。整体来看，可大致将高熵合金的制备方法分为固相成形、液相成形和气相成形三类。

三、高熵合金行业相关政策

近年来，我国陆续出台了一系列政策，将高熵合金纳入新材料创新产品，给予重点支持。如2023年8月，工业和信息化部、国务院国资委聚焦已有相应研究成果，具备工程化产业化基础，有望率先批量产业化的前沿材料，联合组织编制了《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》，高熵合金作为重点材料入选目录。在2029年8月发布的《有色金属行业稳增长工作方案》中提出，鼓励科研院所加强基础研究和原始创新，支持开展超导材料、高熵合金、液态金属、增材制造材料等前沿材料研发及工程化。在2024年12月发布的《标准提升引领原材料工业优化升级行动方案（2025—2027年）》，表示重点开展高熵合金等前沿新材料标准制修订。此外，甘肃、重庆、宁夏等地方政府也纷纷发布政策，支持高熵合金行业发展。

在行业标准方面，监管部门、团体组织正加强高熵合金相关标准研制，为技术发展提供依据。国标《增材制造用高熵合金粉（GB/T 42787-2023）》于2023年8月发布，2024年3月正式实施。该标准的制定有效规范了增材制造用高熵合金粉末的生产、检验、包装等内容，大大提高了增材制造用高熵合金粉末的产品质量，推进了粉末的市场应用。针对不同增材制造工艺的要求，对高熵合金粉末的化学成分及物理化学性能进行了规定，解决了当前增材制造用高熵合金粉末无标准可依、粉末性能参差不齐的问题。本标准实施后，对我国增材制造工业领域所需的高熵合金粉的要求更加合理规范，有利于提升增材制造高熵合金粉的各项性能指标，使我国高熵合金粉的增材制备技术和整体性能达到国际先进水平，实现有标准可查、有据可依。

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四、高熵合金行业发展现状

传统合金体系以1种金属元素为主，通过添加少量其他不同元素而形成不同类型的合金，目前已开发应用的有以铝为主的铝合金、以镁为主的镁合金、以钛为主的钛合金等。随着合金研究的深入，有学者研发了以1~2种金属元素为基础的二元基金属间化合物合金或新型非晶合金。然而它们均采用传统合金的设计理念，通过添加特定的少量合金元素来改善性能，而合金元素种类过多会生成很多化合物尤其是脆性金属间化合物，引起合金脆性增加，使合金向多元方向发展受限。因而合金元素种类越少越好，而元素少又会导致合金所需性能的降低，合金元素种类及比例设计与合金性能的良好兼容显得特别重要。在此背景下，高熵合金应用而生，高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高耐腐蚀性等传统合金所不能同时具备的优异性能，成为近些年来最有发展潜力的3大热点之一。从原材料来看，过渡元素高熵合金以 Al、Mg、Co、Cu、Cr、Fe、Mn、Ni，Ti、Sn 和 Zn 等作为主元素，其中 AlCrFeNi、CoCrFeNi、AlCoFeNi、AlCoCrNi 和 AlCoCrFe 是目前过渡元素高熵合金中采用最多的元素组合。难熔高熵合金主要是以难熔金属元素 Mo、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Cr、W、Zr 以及 Al 等为主元素，这类高熵合金具有优异的高温性能。

高熵合金可应用于国防、航空、航天等多个关键领域，目前我国在高熵合金研究方面取得了一定进展，已有公司进行了产业化探索，中辰至刚在宁夏石嘴山建立首条高熵合金中试产线，实现高熵合金从实验室到工程化的重大跨越，目前已具备完备的高熵合金材料产业化制备能力。但整体来看，大多数高熵合金材料的研究仍停留在实验室阶段，工业化推广进程较为缓慢，行业规模较小。在制备技术方面，如高熵合金纳米颗粒的制备仍存在诸多技术挑战，尚未实现大规模产业化应用。2024年中国高熵合金行业市场规模约为0.83亿元。

五、高熵合金行业发展趋势

未来，高熵合金有望在制备技术上取得突破，实现规模化生产。在应用方面，随着对其性能研究的深入和成本的降低，将在更多领域得到广泛应用。同时，通过成分设计和工艺优化，开发出具有更优异综合性能、满足特定需求的高熵合金材料也是重要的发展方向。

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