研判2025！中國高熵合金行業(yè)制備工藝、相關(guān)政策、市場(chǎng)規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)分析：高熵合金加速從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化[圖]

內(nèi)容概要： 高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，多種元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成復(fù)雜的金屬間化合物，而是形成了簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)。高熵合金具有四大核心效應(yīng)，包括熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)——單相固溶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重晶格畸變效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)上的擴(kuò)散遲滯效應(yīng)、雞尾酒效應(yīng)——優(yōu)異的綜合性能。高熵合金的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)合金以混合焓為主的設(shè)計(jì)理念，為新材料的研發(fā)打開了一個(gè)廣闊的成分設(shè)計(jì)空間。高熵合金可應(yīng)用于國防、航空、航天等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，目前我國在高熵合金研究方面取得了一定進(jìn)展，但整體來看，大多數(shù)高熵合金材料的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，工業(yè)化推廣進(jìn)程較為緩慢，行業(yè)規(guī)模較小。在制備技術(shù)方面，如高熵合金納米顆粒的制備仍存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2024年中國高熵合金行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為0.83億元。未來，高熵合金有望在制備技術(shù)上取得突破，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。在應(yīng)用方面，隨著對(duì)其性能研究的深入和成本的降低，將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，通過成分設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，開發(fā)出具有更優(yōu)異綜合性能、滿足特定需求的高熵合金材料也是重要的發(fā)展方向。

上市企業(yè)：中天火箭（003009）、航天科技(000901)、航天智造(300446)、杰瑞股份（002353）、杭汽輪B（200771）、佳電股份(000922)

相關(guān)企業(yè)：北京中辰至剛科技有限公司、寧夏北鼎新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)有限公司、北京易金新材料科技有限公司、晶高優(yōu)材（北京）科技有限公司、北京高熵合金新材料科技有限公司、格律仕（北京）新材料科技有限公司、領(lǐng)科元素（山東）技術(shù)有限公司、江蘇高熵合金有限公司、東亞科技（蘇州）有限公司、北京研邦新材料科技有限公司、山東高熵金屬科技有限公司

關(guān)鍵詞：高熵合金、合金、有色金屬

一、高熵合金行業(yè)相關(guān)概述

高熵合金（或多主元合金）的概念于2004年被提出，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，多種元素按近/等原子比例混合后得到的合金并未形成復(fù)雜的金屬間化合物，而是形成了簡(jiǎn)單的固溶體結(jié)構(gòu)。高熵合金具有四大核心效應(yīng)，包括熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)——單相固溶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重晶格畸變效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)上的擴(kuò)散遲滯效應(yīng)、雞尾酒效應(yīng)——優(yōu)異的綜合性能。高熵合金的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)合金以混合焓為主的設(shè)計(jì)理念，為新材料的研發(fā)打開了一個(gè)廣闊的成分設(shè)計(jì)空間。

經(jīng)過多年研究，高熵合金出現(xiàn)了大量的新成分。這些高熵合金成分主要有兩種分類方式，一是按照相的結(jié)構(gòu)類型分類，二是按照相的種類分類。按照相的結(jié)構(gòu)類型，高熵合金可以分為：FCC型、BCC型、HCP型、非晶型及金屬間化合物型。FCC型高熵合金中典型代表為等原子比的FeCoCrNiMn合金。該合金為單一的FCC固溶體，且具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。BCC型高熵合金主要由第Ⅳ-Ⅵ族元素組成。由于該類元素熔點(diǎn)普遍較高，一些BCC型高熵合金也被稱為難熔高熵合金。相對(duì)FCC和BCC體系的高熵合金，HCP結(jié)構(gòu)的高熵合金體系較少，通常由稀土元素組成，例如GdHoLaTbY等。高熵非晶合金體系較多，包括具有良好生物相容性的Ca20Mg20Zn20Sr20Yb20合金，以及具有良好軟磁性能的Fe25Co25Ni25(P， C， B)25合金等。按照相的種類，高熵合金可以分為單相、雙相、共晶及多相高熵合金等。單相高熵合金即具有FCC/ BCC/HCP結(jié)構(gòu)的單相固溶體合金。由于混合熵對(duì)吉布斯自由能的貢獻(xiàn)，這種單相結(jié)構(gòu)在高溫下(＞900 ℃)更穩(wěn)定。隨著溫度降低，固溶體的吉布斯自由能升高，單相結(jié)構(gòu)不再穩(wěn)定，可析出第二相。雙相高熵合金包括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基體以及具有一定強(qiáng)度的硬質(zhì)相(如Laves相)構(gòu)成，這可以有效地改善合金在室溫以及高溫下強(qiáng)韌性不足的問題。

二、高熵合金行業(yè)制備工藝

高熵合金的制備方法很多，且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其制備方法也一直處于更新與發(fā)展之中。從1995年至今，出現(xiàn)了使用電弧熔煉、機(jī)械合金化、激光熔覆、磁控濺射、3D打印、氣相沉積等制備方法來制備高熵合金并取得了成功。整體來看，可大致將高熵合金的制備方法分為固相成形、液相成形和氣相成形三類。

三、高熵合金行業(yè)相關(guān)政策

近年來，我國陸續(xù)出臺(tái)了一系列政策，將高熵合金納入新材料創(chuàng)新產(chǎn)品，給予重點(diǎn)支持。如2023年8月，工業(yè)和信息化部、國務(wù)院國資委聚焦已有相應(yīng)研究成果，具備工程化產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，有望率先批量產(chǎn)業(yè)化的前沿材料，聯(lián)合組織編制了《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展指導(dǎo)目錄（第一批）》，高熵合金作為重點(diǎn)材料入選目錄。在2029年8月發(fā)布的《有色金屬行業(yè)穩(wěn)增長工作方案》中提出，鼓勵(lì)科研院所加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新，支持開展超導(dǎo)材料、高熵合金、液態(tài)金屬、增材制造材料等前沿材料研發(fā)及工程化。在2024年12月發(fā)布的《標(biāo)準(zhǔn)提升引領(lǐng)原材料工業(yè)優(yōu)化升級(jí)行動(dòng)方案（2025—2027年）》，表示重點(diǎn)開展高熵合金等前沿新材料標(biāo)準(zhǔn)制修訂。此外，甘肅、重慶、寧夏等地方政府也紛紛發(fā)布政策，支持高熵合金行業(yè)發(fā)展。

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，監(jiān)管部門、團(tuán)體組織正加強(qiáng)高熵合金相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制，為技術(shù)發(fā)展提供依據(jù)。國標(biāo)《增材制造用高熵合金粉（GB/T 42787-2023）》于2023年8月發(fā)布，2024年3月正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)的制定有效規(guī)范了增材制造用高熵合金粉末的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、包裝等內(nèi)容，大大提高了增材制造用高熵合金粉末的產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)了粉末的市場(chǎng)應(yīng)用。針對(duì)不同增材制造工藝的要求，對(duì)高熵合金粉末的化學(xué)成分及物理化學(xué)性能進(jìn)行了規(guī)定，解決了當(dāng)前增材制造用高熵合金粉末無標(biāo)準(zhǔn)可依、粉末性能參差不齊的問題。本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，對(duì)我國增材制造工業(yè)領(lǐng)域所需的高熵合金粉的要求更加合理規(guī)范，有利于提升增材制造高熵合金粉的各項(xiàng)性能指標(biāo)，使我國高熵合金粉的增材制備技術(shù)和整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可查、有據(jù)可依。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《中國高熵合金行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及投資潛力研判報(bào)告》

四、高熵合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)合金體系以1種金屬元素為主，通過添加少量其他不同元素而形成不同類型的合金，目前已開發(fā)應(yīng)用的有以鋁為主的鋁合金、以鎂為主的鎂合金、以鈦為主的鈦合金等。隨著合金研究的深入，有學(xué)者研發(fā)了以1~2種金屬元素為基礎(chǔ)的二元基金屬間化合物合金或新型非晶合金。然而它們均采用傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念，通過添加特定的少量合金元素來改善性能，而合金元素種類過多會(huì)生成很多化合物尤其是脆性金屬間化合物，引起合金脆性增加，使合金向多元方向發(fā)展受限。因而合金元素種類越少越好，而元素少又會(huì)導(dǎo)致合金所需性能的降低，合金元素種類及比例設(shè)計(jì)與合金性能的良好兼容顯得特別重要。在此背景下，高熵合金應(yīng)用而生，高熵合金具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高耐腐蝕性等傳統(tǒng)合金所不能同時(shí)具備的優(yōu)異性能，成為近些年來最有發(fā)展?jié)摿Φ?大熱點(diǎn)之一。從原材料來看，過渡元素高熵合金以 Al、Mg、Co、Cu、Cr、Fe、Mn、Ni，Ti、Sn 和 Zn 等作為主元素，其中 AlCrFeNi、CoCrFeNi、AlCoFeNi、AlCoCrNi 和 AlCoCrFe 是目前過渡元素高熵合金中采用最多的元素組合。難熔高熵合金主要是以難熔金屬元素 Mo、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Cr、W、Zr 以及 Al 等為主元素，這類高熵合金具有優(yōu)異的高溫性能。

高熵合金可應(yīng)用于國防、航空、航天等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，目前我國在高熵合金研究方面取得了一定進(jìn)展，已有公司進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化探索，中辰至剛在寧夏石嘴山建立首條高熵合金中試產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)高熵合金從實(shí)驗(yàn)室到工程化的重大跨越，目前已具備完備的高熵合金材料產(chǎn)業(yè)化制備能力。但整體來看，大多數(shù)高熵合金材料的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，工業(yè)化推廣進(jìn)程較為緩慢，行業(yè)規(guī)模較小。在制備技術(shù)方面，如高熵合金納米顆粒的制備仍存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2024年中國高熵合金行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為0.83億元。

五、高熵合金行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

未來，高熵合金有望在制備技術(shù)上取得突破，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。在應(yīng)用方面，隨著對(duì)其性能研究的深入和成本的降低，將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，通過成分設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，開發(fā)出具有更優(yōu)異綜合性能、滿足特定需求的高熵合金材料也是重要的發(fā)展方向。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（www.yhcgw.cn）發(fā)布的《中國高熵合金行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及投資潛力研判報(bào)告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。