उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु

उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु (HEAs) वे मिश्र धातु हैं जो (सामान्यतः) पांच या अधिक रासायनिक तत्वों के समान या अपेक्षाकृत बड़े अनुपात को युग्मित करके निर्मित की जाती हैं। इन पदार्थों के संश्लेषण से पूर्व, विशिष्ट धातु मिश्र धातुओं में एक या दो प्रमुख घटक होते थे और अन्य तत्वों की अल्प मात्रा होती थी। उदाहरण के लिए, लोहे के गुणों को उत्तम बनाने के लिए उसमें अतिरिक्त तत्व मिलाए जा सकते हैं, जिससे लौह-आधारित मिश्र धातु का निर्माण होता है, किन्तु सामान्यतः अल्प अनुपात में, जैसे कि विभिन्न इस्पात में कार्बन, मैंगनीज और अन्य का अनुपात होता है। इसलिए, उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु सामग्रियों का नया वर्ग है। उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु शब्द ताइवान के वैज्ञानिक जेई इन-वेई वाई एह द्वारा विकसित किया गया था, क्योंकि जब मिश्रण में तत्वों की संख्या अधिक होती है, तो मिश्रण की एन्ट्रापी अधिक होती है और उनका अनुपात लगभग समान होता है। कुछ वैकल्पिक नाम, जैसे बहु-घटक मिश्र धातु, संरचनात्मक रूप से जटिल मिश्र धातु और बहु-प्रमुख-तत्व मिश्र धातु भी अन्य शोधकर्ताओं द्वारा अध्ययन किये गए हैं। ये मिश्र धातुएँ वर्तमान में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में महत्वपूर्ण ध्यान का केंद्र हैं, क्योंकि इनमें संभावित रूप से वांछनीय गुण हैं। इसके अतिरिक्त, अनुसंधान से संकेत प्राप्त होता है कि कुछ HEAs में पारंपरिक मिश्र धातुओं की अपेक्षा फ्रैक्चर यांत्रिकी, तन्य शक्ति और संक्षारण और ऑक्सीकरण प्रतिरोध की उच्च डिग्री के साथ उत्तम शक्ति-से-भार अनुपात होता है।  चूँकि HEAs का अध्ययन 1980 के दशक से किया जा रहा है, 2010 के दशक में अनुसंधान में तीव्रता आई है।

विकास
चूँकि HEAs पर सैद्धांतिक दृष्टिकोण से 1981 में ही विचार किया गया था I 1996, और 1980 के दशक के समय, 1995 में ताइवान के वैज्ञानिक जिएन-वेई येह सिंचु, ग्रामीण क्षेत्रों से निकलते हुए उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु बनाने के उपायों के सम्बन्ध में अपने विचार लेकर आए थे। इसके पश्चात्, उन्होंने अपनी प्रयोगशाला में इन विशेष मिश्र धातुओं का निर्माण प्रारम्भ करने का निर्णय किया, वह एक दशक से अधिक समय तक इन मिश्र धातुओं पर शोध करने वाले एकमात्र क्षेत्र थे। यूरोप, संयुक्त राज्य अमेरिका और विश्व के अन्य भागो के अधिकांश देश HEAs के विकास में पिछड़ गए थे। 2004 के पश्चात् तक अन्य देशों की महत्वपूर्ण अनुसंधान रुचि विकसित नहीं हुई जब येह और उनके वैज्ञानिकों ने अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव का सामना करने के लिए विश्व की प्रथम उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु का निर्माण किया था। संभावित अनुप्रयोगों में अत्याधुनिक रेस कारों, अंतरिक्ष यान, पनडुब्बियों, परमाणु रिएक्टरों में उपयोग सम्मिलित है। जेट विमान, परमाणु शस्त्र, लंबी दूरी की हाइपरसोनिक मिसाइलें इत्यादि।

कुछ महीने पश्चात्, येह के पेपर के प्रकाशन के पश्चात्, ब्रायन कैंटर, आई. टी. एच. चांग, ​​पी. नाइट और ए. जे. बी. विंसेंट की यूनाइटेड किंगडम की टीम द्वारा उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं पर और स्वक्रियाविधि पेपर प्रकाशित किया गया था। येह उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु शब्द को रचने वाले प्रथम व्यक्ति भी थे, जब उन्होंने ठोस समाधान अवस्था को स्थिर करने वाले क्रियाविधि के रूप में उच्च विन्यास एन्ट्रॉपी को उत्तरदाई बताया गया था। कैंटर ने इस क्षेत्र में प्रथम कार्य 1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक के प्रारम्भ में किया था, चूँकि उन्होंने 2004 तक प्रकाशित नहीं किया था। येह के कार्य से अनभिज्ञ, उन्होंने अपनी नई सामग्रियों को उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं के रूप में वर्णित नहीं किया था, और मल्टीकंपोनेंट मिश्र धातु शब्द को प्राथमिकता दी थी। उनके द्वारा विकसित बेस मिश्र धातु, इक्वेटोमिक FeCrMnNiCo, क्षेत्र में कार्य का विषय रहा है, और इसे कैंटर मिश्र धातु के रूप में जाना जाता है, इसके समान डेरिवेटिव को कैंटर मिश्र धातु के रूप में जाना जाता है। यह एकल-अवस्था एफसीसी (फेस-केंद्रित घन क्रिस्टल संरचना) ठोस समाधान बनाने वाले प्रथम HEAs में से था।

सामग्री के भिन्न वर्ग के रूप में उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं और बहु-घटक प्रणालियों के वर्गीकरण से पूर्व, परमाणु वैज्ञानिकों ने पूर्व से ही प्रणाली का अध्ययन किया था जिसे अब उच्च-एंट्रॉपी मिश्र धातु के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है: परमाणु ईंधन के अंदर Mo-Pd-Rh-Ru-Tc कण बीज की सीमाओं और विखंडन गैस बुलबुले पर निर्मित होते है हैं। इन पाँच-धातु कणों के व्यवहार को समझना चिकित्सा उद्योग के लिए विशेष रुचि का विषय था क्योंकि टीसी-99एम महत्वपूर्ण चिकित्सा इमेजिंग आइसोटोप है।

परिभाषा
HEA की कोई सर्वमान्य परिभाषा नहीं है। मूल रूप से परिभाषित HEA को 5 और 35 परमाणु प्रतिशत के मध्य सांद्रता के कम से कम 5 तत्वों वाले मिश्र धातु के रूप में परिभाषित किया गया है। चूँकि, पश्चात् के शोध ने विचार दिया कि इस परिभाषा का विस्तार किया जा सकता है। ओटो एट अल. विचार दिया गया कि केवल वे मिश्र धातुएँ जो बिना किसी अंतरधात्विक अवस्था के ठोस घोल बनाती हैं, उन्हें वास्तविक उच्च-एन्ट्रापी मिश्र धातु माना जाना चाहिए, क्योंकि क्रमबद्ध स्थितियों के गठन से प्रणाली की एन्ट्रापी अल्प हो जाती है। कुछ लेखकों ने चार-घटक मिश्रधातुओं को उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्रधातु के रूप में वर्णित किया है I यद्यपि अन्य ने विचार दिया है कि मिश्र धातुएँ HEAs की अन्य आवश्यकताओं को पूर्ण करती हैं, किन्तु केवल 2-4 तत्वों के साथ ही पूर्ण करती हैं I आदर्श गैस स्थिरांक और 1.5R के मध्य मिश्रण एन्ट्रापी मध्यम-एन्ट्रॉपी मिश्रधातु माना जाना चाहिए।

मिश्र धातु निर्माण
कन्वेंशनल मिश्र धातु निर्माण में, इसके गुणों के लिए लोहा, तांबा या एल्यूमीनियम जैसे प्राथमिक तत्व का चयन किया जाता है। फिर, गुणों को सही करने या जोड़ने के लिए अल्प मात्रा में अतिरिक्त तत्व जोड़े जाते हैं। यहां तक ​​कि बाइनरी मिश्र धातु प्रणालियों में भी, ऐसे कुछ सामान्य विषय हैं, जहां दोनों तत्वों का उपयोग लगभग समान अनुपात में किया जाता है, जैसे कि पीबी-एसएन आदि I इसलिए, प्रयोगात्मक परिणामों से बाइनरी अवस्था आरेखों के किनारों और टर्नरी प्लॉट के सिरों के निकट के स्थितियों के सम्बन्ध में अधिक ज्ञात है और केंद्रों के निकट के स्थितियों के सम्बन्ध में कम सूचना है। उच्च-क्रम (4+ घटक) प्रणालियों में जिन्हें सरलता से द्वि-आयामी अवस्था आरेख पर प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है, वस्तुतः कुछ भी ज्ञात नहीं है।

HEA का प्रारंभिक अनुसंधान एकल-अवस्थाीय ठोस समाधान बनाने पर केंद्रित था, जो उच्च एन्ट्रापी मिश्र धातु की प्रमुख विशेषताओं को अधिकतम कर सकता है: उच्च एन्ट्रापी, निष्क्रिय प्रसार, कठोर जालक विकृति और कॉकटेल प्रभाव आदि। यह बताया गया है कि अधिकांश सफल सामग्रियों की सामग्री को दृढ़ करने के लिए कुछ माध्यमिक अवस्था की आवश्यकता होती है, और यह कि अनुप्रयोग में उपयोग किए जाने वाले किसी भी HEA में मल्टीफ़ेज़ माइक्रोस्ट्रक्चर होगा। चूँकि, एकल-अवस्थाीय सामग्री बनाना अभी भी महत्वपूर्ण है क्योंकि HEA के अंतर्निहित क्रियाविधि को समझने और विशेष गुण उत्पन्न करने वाली संरचना के शोध के लिए विशिष्ट माइक्रोस्ट्रक्चर का परीक्षण करने के लिए एकल-अवस्थाीय प्रारूप आवश्यक है।

अवस्था निर्माण

गिब्स का अवस्था नियम, $$F=C-P+2$$, का उपयोग संतुलन प्रणाली में बनने वाले स्थितियों की संख्या पर ऊपरी सीमा निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। अपने 2004 के पेपर में, कैंटर ने 20-घटक मिश्र धातु बनाई जिसमें 5% Mn, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, W, Mo, Nb, Al, Cd, Sn, Pb, Bi, Zn, Ge, Si, Sb और Mg सम्मिलित थे। निरंतर दबाव अवस्था नियम संतुलन पर 21 स्थितियों तक की अनुमति प्रदान करता है, किन्तु वास्तव में कम अवस्था बनते हैं। प्रमुख अवस्था फलक-केंद्रित घनीय ठोस-समाधान अवस्था था, जिसमें मुख्य रूप से Fe, Ni, Cr, Co और Mn सम्मिलित थे। उस परिणाम से, FeCrMnNiCo मिश्र धातु, जो केवल ठोस-समाधान अवस्था के लिए विकसित की गई थी।

ह्यूम-रोथरी नियम ऐतिहासिक रूप से यह निर्धारित करने के लिए प्रस्तावित किए गए हैं कि कोई मिश्रण ठोस घोल बनाएगा या नहीं। उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं पर शोध से ज्ञात हुआ है कि बहु-घटक प्रणालियों में, इन नियमों में अल्प विश्राम दिया जाता है। विशेष रूप से, यह नियम प्रस्तावित नहीं होता है कि विलायक और विलेय तत्वों की क्रिस्टल संरचना समान होनी चाहिए, क्योंकि Fe, Ni, Cr, Co और Mn में शुद्ध तत्वों के रूप में चार भिन्न-भिन्न क्रिस्टल संरचनाएं होती हैं (और जब तत्व समान रूप से उपस्थित होते हैं, सांद्रता, विलायक और विलेय तत्वों के मध्य कोई सार्थक अंतर नहीं हो सकता है)।

थर्मोडायनामिक क्रियाविधि

HEA का अवस्था गठन थर्मोडायनामिक्स और ज्यामिति द्वारा निर्धारित होता है। जब अवस्था निर्माण को थर्मोडायनामिक्स द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और गतिकी को ध्यान नहीं दिया जाता है। मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा ΔGmix (मिश्रण की गिब्स मुक्त ऊर्जा) को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:


 * ΔGmix = ΔHmix - TΔSmix

जहां Hmix इसे मिश्रण की एन्थैल्पी के रूप में परिभाषित किया गया है, T तापमान है, और Hmix क्रमशः मिश्रण की एन्ट्रापी है। ΔHmix और TΔSmix HEA सामग्री के अवस्था को निर्धारित करने के लिए निरंतर प्रतिस्पर्धा करते है। अन्य महत्वपूर्ण कारकों में HEA के अंदर प्रत्येक तत्व का परमाणु आकार सम्मिलित है, जहां ह्यूम-रोथरी नियम और अकिहिसा इनौए के थोक धातु ग्लास के लिए तीन अनुभभार्य नियम भूमिका का वहन करते हैं।

अव्यवस्थित ठोस तब निर्मित होते हैं, जब परमाणु आकार का अंतर छोटा और ΔHmix होता है किन्तु पर्याप्त नकारात्मक नहीं है I ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रत्येक परमाणु लगभग समान आकार का होता है और सरलता से एक दूसरे और ΔHmix का स्थान ले सकता है I यौगिक बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है, जैसे-जैसे तत्वों के मध्य आकार का अंतर बड़ा होता जाता है और ΔHmix बढ़ता जाता है, अधिक क्रमबद्ध HEAs बनते जाते हैं अधिक नकारात्मक हो जाता है I जब प्रत्येक व्यक्तिगत तत्व का आकार अंतर अधिक बड़ा हो जाता है, तो HEAs के अतिरिक्त थोक धातु के ग्लास बनते हैं। उच्च तापमान और उच्च ΔSmix HEA के निर्माण को भी बढ़ावा प्रदान करते हैं, क्योंकि वे ΔGmix को कम कर देते हैं, जिससे HEA का निर्माण सरल हो जाता है क्योंकि यह इंटरमेटैलिक्स जैसे अन्य स्थितियों की अपेक्षा अधिक स्थिर होता है।

येह द्वारा विकसित बहु-घटक मिश्रधातुओं में अधिकतर या पूर्ण रूप से ठोस-समाधान अवस्था सम्मिलित थे, जो बहु-घटक प्रणालियों में पूर्व के कार्य से अपेक्षा की गई थी, मुख्य रूप से धातु के चश्मे के क्षेत्र में की गई थी। येह ने इस परिणाम को अनेक तत्वों वाले यादृच्छिक ठोस समाधान की उच्च कॉन्फ़िगरेशन, या मिश्रण की एन्ट्रॉपी, मिश्रण की एन्ट्रॉपी के लिए उत्तरदाई बताया है। यादृच्छिक आदर्श ठोस समाधान के लिए मिश्रण एन्ट्रापी की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
 * $${\Delta}S_{mix}=-R\sum_{i=1}^N c_i \ln{c_i}$$

जहां R आदर्श गैस स्थिरांक है, N घटकों की संख्या है, और ci घटक i का परमाणु अंश है। इससे यह देखा जा सकता है कि जिन मिश्रधातुओं में घटक समान अनुपात में उपस्थित हैं, उनमें सबसे अधिक एन्ट्रापी होगी, और अतिरिक्त तत्वों को जोड़ने से एन्ट्रापी बढ़ जाएगी। पाँच-घटक, विषुवतीय मिश्र धातु में 1.61R की मिश्रण एन्ट्रापी होगी। चूँकि, प्रत्येक प्रणाली में ठोस-समाधान अवस्था को स्थिर करने के लिए एन्ट्रापी पर्याप्त नहीं है। मिश्रण की एन्थैल्पी (ΔH) को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। इसका उपयोग करके गणना की जा सकती है:
 * $${\Delta}H_{mix}=\sum_{i=1,i{\ne}j}^N 4{\Delta}H^{mix}_{AB}c_i c_j$$

कहाँ $${\Delta}H^{mix}_{AB}$$ A और B के लिए मिश्रण की द्विआधारी एन्थैल्पी है। झांग एट अल. अनुभभार्य रूप से, पाया गया कि पूर्ण ठोस समाधान बनाने के लिए, ΔHmix -10 और 5 kJ/mol के मध्य होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, ओटो एट अल पाया गया कि यदि मिश्रधातु में ऐसे तत्वों का कोई जोड़ा सम्मिलित है जो अपने बाइनरी प्रणाली में क्रमबद्ध यौगिक बनाते हैं, तो उन्हें युक्त बहु-घटक मिश्रधातु भी क्रमबद्ध यौगिक बनाने की संभावना रखता है।

दोनों थर्मोडायनामिक पैरामीटर को एकल, इकाई रहित पैरामीटर Ω में जोड़ा जा सकता है:
 * $$\Omega=\frac{T_m {\Delta}S_{mix}}{\left\vert{\Delta}H_{mix}\right\vert}$$

जहां Tm मिश्रधातु में तत्वों का औसत गलनांक है। Ω 1.1 से अधिक या उसके समान होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि ठोस समाधान विकास को बढ़ावा देने के लिए, जमने के बिंदु पर एन्ट्रापी एन्थैल्पी से अधिक होती है।

तत्व संरचना को समायोजित करके Ω को अनुकूलित किया जा सकता है। वाइट जे.सी. ने Ω को अधिकतम करने के लिए अनुकूलन एल्गोरिदम प्रस्तावित किया है और प्रदर्शित किया है कि संरचना में सामान्य परिवर्तन से Ω में अधिक वृद्धि हो सकती है।

गतिज क्रियाविधि
ठोस घोल बनाने के लिए घटकों की परमाणु त्रिज्याएँ भी समान होनी चाहिए। झांग एट अल. एक पैरामीटर प्रस्तावित किया गया δ, औसत जालक असंतुलन, परमाणु त्रिज्या में अंतर का प्रतिनिधित्व करता है:
 * $$\delta=\sqrt{\sum_{i=1}^N c_i \left( 1-\frac{r_i}{\bar{r}} \right)^2}$$

जहां ri तत्व i और की परमाणु त्रिज्या $$\bar{r}=\sum_{i=1}^N c_i r_i$$ है I ठोस-समाधान अवस्था के निर्माण के लिए δ ≤ 6.6% की आवश्यकता होती है, जो कि बल्क मेटैलिक ग्लास (बीएमजी) पर प्रयोगों के आधार पर एक अनुभभार्य संख्या है। 6.6% के दोनों ओर अपवाद पाए जाते हैं: 4% < δ ≤ 6.6% के साथ कुछ मिश्रधातुएं इंटरमेटालिक बनाती हैं, और ठोस-समाधान अवस्था δ > 9% के साथ मिश्र धातु में दिखाई देता है I

HEAs में बहु-तत्व जालक अत्यधिक विकृत है क्योंकि सभी तत्व विलेय परमाणु हैं और उनकी परमाणु त्रिज्याएँ भिन्न हैं। δ विकार क्रिस्टल संरचना के कारण होने वाले जालक तनाव का मूल्यांकन करने में सहायता करता है। जब परमाणु आकार का अंतर (δ) पर्याप्त रूप से बड़ा होता है, तो विकृत जालक ढह जाएगी और अनाकार संरचना जैसे एक नए अवस्था का निर्माण होगा। जालक विरूपण प्रभाव के परिणामस्वरूप ठोस घोल कठोर हो सकता है।

अन्य गुण

उन मिश्र धातुओं के लिए जो ठोस समाधान बनाते हैं, बनने वाली क्रिस्टल संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए अतिरिक्त अनुभभार्य पैरामीटर प्रस्तावित किया गया है। HEA सामान्यतः FCC (फेस-सेंटेड क्यूबिक), BCC (बॉडी-सेंटेड क्यूबिक), HCP (हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड), या उपरोक्त संरचनाओं का मिश्रण होते हैं, और यांत्रिक गुणों के संदर्भ में प्रत्येक संरचना के अपने लाभ और हानि होते हैं। HEA की संरचना की भविष्यवाणी करने की अनेक विधियाँ हैं। HEA संरचना की स्थिरता की भविष्यवाणी करने के लिए वैलेंस इलेक्ट्रॉन एकाग्रता (VEC) का उपयोग किया जा सकता है। HEA के भौतिक गुणों की स्थिरता इलेक्ट्रॉन एकाग्रता के साथ निकटता से जुड़ी हुई है (यह ह्यूम-रोथरी नियमों से इलेक्ट्रॉन एकाग्रता नियम से जुड़ी है)।

जब HEA कास्टिंग के साथ बनाया जाता है, तो केवल FCC संरचनाएं बनती हैं, जब VEC 8 से बड़ा होता है। जब VEC 6.87 और 8 के मध्य होता है, तो HEA BCC और FCC का मिश्रण होता है, और जब VEC 6.87 से नीचे होता है, तो सामग्री BCC होती है। HEA की कुछ क्रिस्टल संरचना निर्मित करने के लिए, कुछ अवस्था स्थिरीकरण तत्वों को जोड़ा जा सकता है। प्रायोगिक स्तर पर, Al और Cr जैसे तत्वों को जोड़ने से बीसीसी HEAs के निर्माण में सहायता मिलती है जबकि Ni और Co एफसीसी HEAs के निर्माण में सहायता कर सकते हैं।

संश्लेषण
उपस्थित प्रौद्योगिकी का उपयोग करके उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं का निर्माण करना कठिन है I, सामान्यतः मूल्यवान सामग्री और विशेष प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी दोनों की आवश्यकता थी।

उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्रधातुएँ अधिकतर उन विधियों का उपयोग करके उत्पादित की जाती हैं जो धातु अवस्था पर निर्भर करती हैं - यदि धातुओं को तरल, ठोस या गैस अवस्था में संयोजित किया जाता है।


 * अधिकांश HEAs का उत्पादन तरल-अवस्था विधियों का उपयोग करके किया गया है, जिसमें आर्क पिघलने, प्रेरण पिघलना और ब्रिजमैन ठोसीकरण सम्मिलित हैं। *
 * ठोस-अवस्था प्रसंस्करण सामान्यतः उच्च-ऊर्जा बॉल मिल का उपयोग करके यांत्रिक मिश्रधातु द्वारा किया जाता है। यह विधि पाउडर का उत्पादन करती है जिसे पारंपरिक पाउडर धातु विज्ञान विधियों या स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग का उपयोग करके संसाधित किया जा सकता है। यह विधि ऐसी मिश्रधातुओं का उत्पादन करने की अनुमति प्रदान करती है जिनका कास्टिंग का उपयोग करके उत्पादन करना कठिन या असंभव होगा, जैसे कि AlLiMgScTi आदि।
 * यांत्रिक मिश्रधातु का पारंपरिक उपाय सभी आवश्यक तत्वों को एक अवस्था में मिलाता है, जहां A, B, C, D तत्व सीधे ABCD बनाने के लिए एक साथ मिल जाते हैं। वैद्य एट अल. यांत्रिक मिश्रधातु के साथ HEA बनाने की नई विधि प्रस्तावित की गई है, जिसे अनुक्रमिक मिश्रधातु कहा जाता है, जहां तत्वों को चरण दर चरण जोड़ा जाता है। AlCoCrFeNi उच्च एन्ट्रॉपी मिश्र धातु बनाने के लिए, वैद्य टीम ने पूर्व बाइनरी CoNi मिश्र धातु बनाई और फिर Fe को तृतीयक CoFeNi बनाने के लिए, Cr को CoCrFeNi बनाने के लिए, और Al को AlCoCrFeNi बनाने के लिए जोड़ा था। समान मिश्र धातु संरचना को भिन्न-भिन्न अनुक्रम के माध्यम से उत्पादित किया जा सकता है और भिन्न-भिन्न अनुक्रम बीसीसी और एफसीसी स्थितियों के विभिन्न भागो की ओर ले जाता है, जो इस विधि की पथ निर्भरता को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, कुल मिलाकर 70 घंटों के लिए AlNiCoFeCr मिलिंग का क्रम 100% BCC अवस्था के साथ मिश्र धातु का उत्पादन करता है यद्यपि AlCoNiFeCr का 70 घंटों के लिए अनुक्रम मिलिंग 80% BCC अवस्था के साथ मिश्र धातु का उत्पादन करता है।
 * गैस-अवस्था प्रसंस्करण में स्पंदन या आणविक किरण एपिटैक्सी (एमबीई) जैसी प्रक्रियाएं सम्मिलित हैं, जिनका उपयोग उच्च-एन्ट्रापी धातु या सिरेमिक फिल्में प्राप्त करने के लिए विभिन्न प्राथमिक रचनाओं को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है।

योगात्मक विनिर्माण भिन्न माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ मिश्र धातु का उत्पादन कर सकते हैं, संभावित रूप से शक्ति (1.3 गीगानिकट्कल तक) बढ़ाने के साथ-साथ फैक्सिबिलिटी भी बढ़ा सकते हैं।

अन्य प्रौद्योगिकी में थर्मल स्प्रे, लेज़र क्लैडिंग और विद्युत आवरण सम्मिलित हैं।

मॉडलिंग और सिमुलेशन
परमाणु-स्तर की जटिलता उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं के कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के लिए अतिरिक्त चुनौतियाँ प्रस्तुत करती है। कैल्फहाड विधि का उपयोग करके थर्मोडायनामिक मॉडलिंग के लिए बाइनरी और टर्नरी प्रणाली से एक्सट्रपलेशन की आवश्यकता होती है। अधिकांश वाणिज्यिक थर्मोडायनामिक डेटाबेस मुख्य रूप से एक ही तत्व से बनी मिश्रधातुओं के लिए निर्मित किए गए हैं और केवल उन्हीं के लिए मान्य हो सकते हैं। इस प्रकार, उन्हें प्रायोगिक सत्यापन या अतिरिक्त एब इनिटियो क्वांटम रसायन विज्ञान विधियों जैसे घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) की आवश्यकता होती है। चूँकि, जटिल, यादृच्छिक मिश्र धातुओं के डीएफटी मॉडलिंग की अपनी चुनौतियाँ हैं, क्योंकि विधि के लिए निश्चित आकार की सेल को परिभाषित करने की आवश्यकता होती है, जो गैर-यादृच्छिक आवधिकता का परिचय दे सकती है। इसे सामान्यतः विशेष अर्ध-यादृच्छिक संरचनाओं की विधि का उपयोग करके दूर किया जाता है, जो यादृच्छिक प्रणाली के रेडियल वितरण फ़ंक्शन को सबसे निकट से अनुमानित करने के लिए निर्मित किया गया है, वियना एब इनिटियो सिमुलेशन पैकेज के साथ संयुक्त इस पद्धति का उपयोग करके, यह दर्शाया गया है कि चार-घटक सम-परमाणु मिश्र धातु के परिणाम 24 परमाणुओं जितनी छोटी कोशिका के साथ अभिसरण करना प्रारम्भ कर देते हैं। सुसंगत संभावित सन्निकटन (सीपीए) के साथ मफिन-टिन सन्निकटन कक्षीय विधि को भी HEAs को मॉडल करने के लिए नियोजित किया गया है। सीपीए पर आधारित अन्य दृष्टिकोण है I $$S^{(2)}$$ बहुघटक मिश्रधातुओं के लिए सिद्धांत, जो दो-बिंदु सहसंबंध फ़ंक्शन परमाणु शॉर्ट-रेंज ऑर्डर पैरामीटर, एबी इनिटियो का मूल्यांकन करता है।   अन्य प्रौद्योगिकी में 'एकाधिक यादृच्छिक रूप से जनसँख्या वाले सुपरसेल' दृष्टिकोण सम्मिलित है, जो एक सच्चे ठोस समाधान की यादृच्छिक जनसँख्या का उत्तम वर्णन करता है (चूँकि यह कहीं अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से मांग वाला है)। इस विधि का उपयोग क्रिस्टल लैटिस (थोक धातु ग्लास सहित) के बिना ग्लासी धातुओं और अनाकार प्रणालियों को मॉडल करने के लिए भी किया गया है।

इसके अतिरिक्त, लक्षित अनुप्रयोगों के लिए नए HEAs का विचार देने के लिए मॉडलिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग किया जा रहा है। इस 'कॉम्बिनेटोरियल विस्फोट' में मॉडलिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग लक्षित और तीव्र HEAs अनुसन्धान और अनुप्रयोग के लिए आवश्यक है।

सिमुलेशन ने कुछ उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं में स्थानीय ऑर्डरिंग के लिए प्राथमिकता पर प्रकाश डाला है और, जब गठन की तापीय धारिता को विन्यासात्मक एन्ट्रापी के लिए नियमो के साथ जोड़ा जाता है, तो ऑर्डर और विकार के मध्य परिवर्तन तापमान का अनुमान लगाया जा सकता है, किसी को यह समझने की अनुमति प्रदान करना कि उम्र बढ़ने और मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों में गिरावट जैसे प्रभाव कब विषय हो सकते हैं।

ठोस समाधान (गलतता अंतर) तक पहुंचने के लिए परिवर्तन तापमान को वर्तमान में लेडरर-तोहर-वेक्चिओ-कर्टारोलो थर्मोडायनामिक मॉडल के साथ संबोधित किया गया था।

अवस्था आरेख पीढ़ी
एकल अवस्था HEAs का अनुसन्धान करते समय विश्वसनीय थर्मोडायनामिक डेटा बेस के साथ कैल्फहाड (अवस्था आरेखों की गणना) विधि प्रभावी उपकरण हो सकती है। चूँकि, यह विधि सीमित हो सकती है क्योंकि इसमें टर्नरी अवस्था आरेख के ज्ञात बाइनरी से एक्सट्रपलेशन की आवश्यकता होती है, यह विधि सामग्री संश्लेषण की प्रक्रिया को भी ध्यान में नहीं रखती है। साथ ही यह विधि केवल संतुलन स्थितियों की भविष्यवाणी कर सकती है। HEA के अवस्था आरेख को उच्च परिणाम स्क्रीनिंग के माध्यम से प्रयोगात्मक रूप से अनुसन्धान किया जा सकता है। यह विधि तीव्रता से सैकड़ों प्रारूप निर्मित करती है, जिससे अनुसन्धानकर्ता को अवस्था में संरचना के क्षेत्र को ज्ञात करने की अनुमति प्राप्त होती है, जिससे HEAs के अवस्था आरेख को शीघ्रता से मैप करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। HEA के अवस्था की भविष्यवाणी करने का दूसरा उपाय एन्थैल्पी एकाग्रता के माध्यम से है। यह विधि एकल अवस्था HEA के विशिष्ट संयोजन को ध्यान में रखती है और समान संयोजन को अस्वीकार कर देती है I जिसे एकल अवस्था नहीं दिखाने का प्रयास किया गया है। यह मॉडल एन्थैल्पी की गणना के लिए पूर्व सिद्धांत उच्च थ्रूपुट घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत का उपयोग करता है। इस प्रकार किसी प्रयोग इनपुट की आवश्यकता नहीं है, और इसने रिपोर्ट किए गए प्रयोगात्मक परिणाम के साथ उत्कृष्ट सहमति दिखाई है।

यांत्रिक
यांत्रिक गुणों के निर्धारण में HEAs की क्रिस्टल संरचना को प्रमुख कारक पाया गया है। बीसीसी HEAs में सामान्यतः उच्च उपज शक्ति और कम फैक्सिबिलिटी होती है, और एफसीसी HEAs के लिए इसका विपरीत होता है। कुछ मिश्र धातुएँ अपने असाधारण यांत्रिक गुणों के लिए विशेष रूप से विख्यात हैं। दुर्दम्य मिश्र धातु, VNbMoTaW उच्च उपज शक्ति (>) बनाए रखता है I 600 MPa) के तापमान पर भी 1400 C, इनकोनेल 718 जैसे पारंपरिक सुपरअलॉय से उत्तम प्रदर्शन कर रहा है। चूँकि, कमरे के तापमान पर फैक्सिबिलिटी सही नहीं है, अल्प प्रतिरोध जैसे अन्य महत्वपूर्ण उच्च तापमान गुणों के सम्बन्ध में कम सूचना है, और मिश्र धातु का घनत्व पारंपरिक निकल-आधारित सुपरअलॉय से अधिक है।.

CoCrFeMnNi में असाधारण कम तापमान वाले यांत्रिक गुण और उच्च फ्रैक्चर कठोरता पाई गई है, परीक्षण तापमान को कमरे के तापमान 77 K से कम करने पर फैक्सिबिलिटी और उपज शक्ति दोनों में वृद्धि हुई है। इसे नैनोस्केल प्रतरूप सीमा गठन की प्रारम्भ के लिए उत्तरदाई बताया गया था I अतिरिक्त विरूपण क्रियाविधि जो उच्च तापमान पर प्रभावी नहीं था। अल्ट्रालो तापमान द्वारा अमानवीय विकृति की सूचना मिली है। इस प्रकार, इसका उपयोग कम तापमान वाले अनुप्रयोगों में संरचनात्मक सामग्री के रूप में या, इसकी उच्च कठोरता के कारण, ऊर्जा-अवशोषित सामग्री के रूप में हो सकता है। चूँकि, पश्चात् के शोध से ज्ञात हुआ है कि कम तत्वों या गैर-समपरमाण्विक रचनाओं वाले अल्प-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं में अधिक शक्ति या उच्चतर कठोरता हो सकती है I  77 K तक के परीक्षण में bcc AlCoCrFeNi मिश्र धातु में कोई तन्य-भंगुर परिवर्तन तापमान नहीं देखा गया।

Al0.5CoCrCuFeNi में उच्च श्रम (सामग्री) और सहनशक्ति सीमा पाई गई, जो संभवतः कुछ पारंपरिक स्टील और टाइटेनियम मिश्र धातुओं से अधिक थी। किन्तु परिणामों में महत्वपूर्ण परिवर्तनशीलता थी, जिससे ज्ञात होता है कि सामग्री विनिर्माण के समय एल्यूमीनियम ऑक्साइड कणों और माइक्रोक्रैक जैसे दोषों के प्रति अधिक संवेदनशील है।

एकल-अवस्था नैनोक्रिस्टलाइन Al20Li20Mg10Sc20Ti30 मिश्र धातु को 2.67 ग्राम सेमी−3 घनत्व के साथ विकसित किया गया था, और 4.9 - 5.8 जीपीए की सूक्ष्म कठोरता, जो इसे सिलिकन कार्बाइड जैसी सिरेमिक सामग्री की अपेक्षा अनुमानित शक्ति-से-भार अनुपात प्रदान करती है, चूँकि स्कैंडियम का उच्च मूल्य संभावित उपयोग को सीमित करती है।

थोक HEAs के अतिरिक्त, छोटे स्तर के HEA प्रारूप (उदाहरण के लिए NbTaMoW माइक्रो-पिलर) 4 - 10 GPa की असाधारण रूप से उच्च उपज शक्ति प्रदर्शित करते हैं - जो इसके थोक रूप की अपेक्षा अधिक परिमाण का क्रम है, और उनकी फैक्सिबिलिटी में सुधार हुआ है। इसके अतिरिक्त, ऐसी HEA फिल्में उच्च तापमान, लंबी अवधि की स्थितियों (3 दिनों के लिए 1,100 डिग्री सेल्सियस पर) के लिए बढ़ी हुई स्थिरता प्रदर्शित करती है हैं। इन गुणों को संयोजित करने वाले छोटे स्तर के HEAs संभावित रूप से उच्च-तनाव और उच्च-तापमान अनुप्रयोगों के लिए छोटे-आयाम वाले उपकरणों में सामग्रियों की नई श्रेणी का प्रतिनिधित्व करते हैं।

2018 में, ऑर्डर किए गए ऑक्सीजन कॉम्प्लेक्स के सावधानीपूर्वक प्लेसमेंट के आधार पर नए प्रकार के HEAs के ऑर्डर किए गए अंतरालीय कॉम्प्लेक्स का उत्पादन किया गया है। विशेष रूप से, टाइटेनियम, हेफ़नियम और ज़ीरकोनियम की मिश्रधातुओं में कार्य कठोर करने और फैक्सिबिलिटी की विशेषताओं को बढ़ाया गया है।

बाला एट अल. Al5Ti5Co35Ni35Fe20 उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु की सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों पर उच्च तापमान के प्रभावों का अध्ययन किया गया है। गर्म रोलिंग और वायु-शमन के पश्चात्, मिश्र धातु को 7 दिनों के लिए 650-900 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में अनावरण किया गया था। वायु-शमन के कारण γ′ वर्षा पूरे माइक्रोस्ट्रक्चर में समान रूप से वितरित हुई है। उच्च तापमान के संपर्क के परिणामस्वरूप γ′ कणों की वृद्धि हुई और 700 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर, γ′ की अतिरिक्त वर्षा देखी गई है। 1050 एमपीए की उपज शक्ति और 1370 एमपीए की अंतिम तन्यता उपज शक्ति के साथ 650 डिग्री सेल्सियस के संपर्क के पश्चात् उच्चतम यांत्रिक गुण प्राप्त किए गए थे। तापमान बढ़ने से यांत्रिक गुण और भी कम हो गये है।

लियू एट अल. 0 से 35% तक x के साथ चतुर्धातुक गैर-समकोण उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु AlxCo15xCr15xNi70−x। x की एक श्रृंखला का अध्ययन किया है I जैसे ही Al सामग्री बढ़ी, जालक संरचना एफसीसी से बीसीसी में परिवर्तित हो गई और 12.5 से 19.3% की सीमा में Al सामग्री के साथ, γ′ अवस्था ने कमरे और ऊंचे तापमान दोनों पर मिश्र धातु का गठन किया और दृढ़ किया है। 19.3% पर Al सामग्री के साथ, γ′ और B2 स्थितियों से निर्मित लैमेलर यूटेक्टिक संरचना बनी थी। 70 वोल्ट% के उच्च γ′ अवस्था अंश के कारण, मिश्र धातु में 925 एमपीए की संपीड़न उपज शक्ति और कमरे के तापमान पर 29% का फ्रैक्चर तनाव और उच्च तापमान पर उच्च उपज शक्ति के साथ-साथ 789, 546, और 129 एमपीए के मान 973, 1123, और 1273K के तापमान पर थे। ।

सामान्यतः, दुर्दम्य उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं में ऊंचे तापमान पर असाधारण शक्ति होती है, किन्तु कमरे के तापमान पर वे भंगुर होते हैं। HfNbTaTiZr मिश्र धातु कमरे के तापमान पर 50% से अधिक की प्लास्टिसिटी के साथ अपवाद है। चूँकि, उच्च तापमान पर इसकी शक्ति अपर्याप्त है। उच्च तापमान शक्ति बढ़ाने के उद्देश्य से चिएन-चुआंग एट अल HfNbTaTiZr की संरचना को संशोधित किया गया है, और दुर्दम्य उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं के यांत्रिक गुणों का अध्ययन किया: HfMoTaTiZr और HfMoNbTaTiZr। दोनों मिश्रधातुओं में सरल बीसीसी संरचना होती है। उनके प्रयोगों से ज्ञात होता कि HfMoNbTaTiZr की उपज शक्ति 1200 डिग्री सेल्सियस पर HfNbTaTiZr की अपेक्षा 6 गुना अधिक थी, कमरे के तापमान पर मिश्र धातु में 12% का फ्रैक्चर स्ट्रेन बनाये रखा गया था।

विद्युत और चुंबकीय
CoCrCuFeNi एफसीसी मिश्र धातु है, जो अनुचुंबकीय पाया गया है। किन्तु टाइटेनियम जोड़ने पर, यह जटिल सूक्ष्म संरचना निर्मित करता है, जिसमें एफसीसी ठोस समाधान, अनाकार क्षेत्र और लव्स अवस्था के नैनोकण सम्मिलित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अतिपरचुंबकीय व्यवहार होता है। BiFeCoNiMn मिश्र धातु में उच्च चुंबकीय बलशीलता मापी गई है। ऐसे अनेक चुंबकीय उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु हैं जो दृढ़ यांत्रिक गुणों के साथ आशाजनक नरम चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। 5.0 और 7.3 K के मध्य परिवर्तन तापमान के साथ, TaNbHfZrTi मिश्र धातुओं में अतिचालकता देखी गई हैं।

थर्मल स्थिरता

चूंकि उच्च तापमान वाले वातावरण में उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है, इसलिए HEA को निर्माण करने के लिए थर्मल स्थिरता अधिक महत्वपूर्ण है। यह नैनो-क्रिस्टलीय के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां बीज के विकास के लिए अतिरिक्त प्रेरक शक्ति उपस्थित है। नैनो-क्रिस्टलीय HEAs के लिए दो विषयों पर विचार करने की आवश्यकता होती है: गठित स्थितियों की स्थिरता, जो थर्मोडायनामिक्स क्रियाविधि (मिश्र धातु निर्माण देखें) पर प्रभुत्व स्थापित करती है, और नैनोक्रिस्टलिनिटी की अवधारण आदि। नैनो-क्रिस्टलीय HEAs की स्थिरता को अनेक कारकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसमें बीज सीमा प्रसार, ऑक्साइड की उपस्थिति आदि सम्मिलित हैं।

अन्य
अनेक तत्वों की उच्च सांद्रता के कारण प्रसार धीमा हो जाता है। शुद्ध धातुओं और स्टेनलेस स्टील्स की अपेक्षा CoCrFeMnNi में अनेक तत्वों के लिए प्रसार के लिए सक्रियण ऊर्जा अधिक पाई गई, जिससे प्रसार गुणांक कम हो गया है। यह भी बताया गया है कि कुछ समान परमाणु बहुघटक मिश्र धातुएं ऊर्जावान विकिरण से होने वाली क्षति के प्रति अच्छा प्रतिरोध प्रदर्शित करती हैं। हाइड्रोजन भंडारण अनुप्रयोगों के लिए उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुओं का परिक्षण किया जाता है। कुछ उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातुएं जैसे TiZrCrMnFeNi वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उत्तम भंडारण क्षमता के साथ कमरे के तापमान पर तीव्र और प्रतिवर्ती हाइड्रोजन भंडारण प्रदर्शित करती हैं। उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्रियों में ऊर्जा अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के लिए उच्च क्षमता होती है, विशेष रूप से उच्च-एन्ट्रॉपी सिरेमिक के रूप में होती है।

परिचय
अधिकांश HEAs वैक्यूम आर्क पिघलने द्वारा निर्मित किए जाते हैं, जो µm-स्तर जैसे बड़े बीज के आकार प्राप्त करते हैं। परिणामस्वरूप, उच्च-प्रदर्शन वाली उच्च एन्ट्रॉपी मिश्र धातु फिल्मों (HEAFs) से संबंधित अध्ययनों ने अधिक सामग्री वैज्ञानिकों को आकर्षित किया है। HEA थोक सामग्रियों की निर्मित करने के उपायों की अपेक्षा, HEAF को 10^9 K/s की तीव्र शीतलन दर के साथ तीव्रता से जमने से सरलता से प्राप्त किया जाता है। तीव्र शीतलन दर घटक तत्वों के प्रसार को सीमित कर सकती है, अवस्था पृथक्करण को रोक सकती है, एकल ठोस-समाधान अवस्था या यहां तक ​​कि अनाकार संरचना के निर्माण का पक्ष ले सकती है, और HEA थोक सामग्री (µm) की अपेक्षा छोटे बीज का आकार (nm) प्राप्त करते है। अब तक, HEAF को बनाने के लिए अनेक प्रौद्योगिकी का उपयोग किया गया है, जैसे कि छिड़काव, लेजर क्लैडिंग, इलेक्ट्रोडेपोजिशन और मैग्नेट्रोन स्पटरिंग आदि। HEAFs के निर्माण के लिए मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि है। अक्रिय गैस (Ar) को निर्वात कक्ष में प्रस्तुत किया जाता है और यह उच्च वोल्टेज द्वारा त्वरित होता है जो सब्सट्रेट और लक्ष्य के मध्य लगाया जाता है। परिणामस्वरूप, लक्ष्य पर ऊर्जावान आयनों द्वारा बमबारी की जाती है और कुछ परमाणु लक्ष्य सतह से बाहर निकल जाते हैं, फिर ये परमाणु सब्सट्रेट तक पहुंचते हैं, और सब्सट्रेट पर संघनित होकर पतली फिल्म बनाते हैं। HEAF में प्रत्येक घटक तत्व की संरचना को किसी दिए गए लक्ष्य और फिल्म एकत्रव के समय शक्ति, गैस प्रवाह, पूर्वाग्रह और सब्सट्रेट और लक्ष्य के मध्य कार्य करने की दूरी जैसे परिचालन पैरामीटर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, O जैसी प्रतिक्रियाशील गैसों को सम्मिलित करके ऑक्साइड, नाइट्राइड और कार्बाइड O2, N2, और C2H2 फिल्में सरलता से निर्मित की जा सकती हैं। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रौद्योगिकी के माध्यम से HEAF निर्मित करने के लिए तीन मार्गों का सारांश दिया गया है। सबसे पूर्व, HEAFs के निर्माण के लिए एकल HEA लक्ष्य का उपयोग किया जा सकता है। एकत्र की गई फिल्मों की संबंधित सामग्री लगभग मूल लक्ष्य मिश्र धातु के समान होती है, भले ही प्रत्येक तत्व में प्री-स्पटरिंग अवस्था की सहायता से भिन्न-भिन्न स्पटरिंग उपज होती है। चूँकि, एकल HEA लक्ष्य निर्मित करना अधिक समय लेने वाला और कठिन है। उदाहरण के लिए, Mn की उच्च वाष्पीकरण दर के कारण विषुवतीय CoCrFeMnNi मिश्र धातु लक्ष्य का उत्पादन करना कठिन है। इस प्रकार, Mn की अतिरिक्त मात्रा की अपेक्षा करना और यह सुनिश्चित करने के लिए गणना करना कठिन है कि प्रत्येक तत्व समपरमाण्विक है। दूसरे, HEAF को विभिन्न धातु लक्ष्यों के साथ सह-स्पटरिंग एकत्रव द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है। बिजली, पूर्वाग्रह, गैस प्रवाह आदि जैसी प्रसंस्करण स्थितियों को भिन्न करके रासायनिक संरचनाओं की विस्तृत श्रृंखला को नियंत्रित किया जा सकता है। प्रकाशित पत्रों के आधार पर, अधिक से अधिक शोधकर्ताओं ने Al, Mo, V, Nb, Ti, Nd जैसे तत्वों की विभिन्न मात्रा को डोप किया है, और CoCrFeMnNi प्रणाली में Nd, जो मिश्र धातु की रासायनिक संरचना और संरचना को संशोधित कर सकता है और यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकता है। ये HEAF एकल CoCrFeMnNi मिश्र धातु और Al/Ti/V/Mo/Nb लक्ष्यों के साथ सह-स्पटरिंग एकत्रव द्वारा निर्मित किए गए थे।     चूँकि, वांछित संरचना प्राप्त करने के लिए परीक्षण और त्रुटि की आवश्यकता होती है। CoCrFeMnNiAlx उदाहरण के जैसे फ़िल्में क्रिस्टलीय संरचना x = 0.07 के लिए एकल एफसीसी अवस्था से x = 0.3 के लिए डुप्लेक्स एफसीसी + बीसीसी स्थितियों में परिवर्तित हो गई, और अंततः, x = 1.0 के लिए एकल बीसीसी अवस्था में परिवर्तित हो गई। वांछित रचनाएँ प्राप्त करने के लिए CoCrFeMnNi और Al लक्ष्यों की दोनों शक्तियों को भिन्न-भिन्न करके पूर्ण प्रक्रिया में परिवर्तन किया गया था, जिसमें बढ़ती Al सामग्री के साथ FCC से BCC अवस्था में परिवर्तन लास्ट पाउडर लक्ष्य के माध्यम से दर्शाया गया था। लक्ष्य की संरचना को केवल भिन्न-भिन्न पाउडर के भार अंशों को परिवर्तित करके समायोजित किया जाता है, किन्तु एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए इन पाउडर को उत्तम प्रकार से मिश्रित किया जाना चाहिए। AlCoCrCuFeNi फिल्मों को दबाए गए विद्युत लक्ष्यों को स्पटरिंग करके सफलतापूर्वक एकत्र किया गया था।

वर्तमान में, अधिक शोधकर्ताओं ने उच्च कठोरता जैसे उत्तम गुणों के कारण नाइट्रोजन समावेशन के साथ HEAF के यांत्रिक गुणों का परिक्षण किया है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, नाइट्राइड-आधारित HEAF को निर्वात कक्ष में N2 और Ar गैसों को सम्मिलित करके मैग्नेट्रोन स्पटरिंग के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है I नाइट्रोजन प्रवाह अनुपात को समायोजित करके, RN = N2/(Ar + N2), नाइट्रोजन की विभिन्न मात्रा प्राप्त कर सकते हैं। उनमें से अधिकांश ने अवस्था परिवर्तन और यांत्रिक गुणों के मध्य संबंध का अध्ययन करने के लिए नाइट्रोजन प्रवाह अनुपात में वृद्धि की है।

कठोरता और संबंधित मापांक मान
मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग विधि के माध्यम से कठोरता और संबंधित मापांक जैसे कम मापांक (ईआर) या फैक्सिबिलिटी मापांक (ई) के दोनों मूल्यों में वृद्धि होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि तीव्र शीतलन दर बीज के आकार की वृद्धि को सीमित कर सकती है, अर्थात, HEAF में थोक समकक्षों की अपेक्षा छोटे बीज के आकार होते हैं, जो अव्यवस्था की गति को बाधित कर सकते हैं, और फिर कठोरता और फैक्सिबिलिटी मापांक जैसे यांत्रिक गुणों में वृद्धि कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, CoCrFeMnNiAlx सह-स्पटरिंग विधि द्वारा फिल्में सफलतापूर्वक निर्मित की गईं हैं। यथा-एकत्र की गई CoCrFeMnNi फिल्म (Al0) लगभग 5.71 जीपीए की कम कठोरता के साथ एकल एफसीसी संरचना का प्रदर्शन किया हैं, और Al परमाणुओं की छोटी मात्रा को जोड़ने के परिणामस्वरूप Al0.07 की एफसीसी संरचना में 5.91 जीपीए की वृद्धि हुई हैं। Al को और जोड़ने से, डुप्लेक्स एफसीसी + बीसीसी अवस्था क्षेत्र में कठोरता तीव्रता से बढ़कर 8.36 जीपीए हो गई हैं। जब अवस्था एकल बीसीसी संरचना में परिवर्तित हो गया, तो Al1.3 फ़िल्म 8.74 GPa की अधिकतम कठोरता तक पहुँच गई हैं। परिणामस्वरूप, एफसीसी से बीसीसी में संरचनात्मक परिवर्तन से Al सामग्री में वृद्धि के साथ कठोरता में वृद्धि हुई हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि अल-डोप्ड CoCrFeMnNi HEAs को संसाधित किया गया है और उनके यांत्रिक गुणों को जियान एट अल द्वारा चित्रित किया गया है। मापी गई कठोरता मान Hsu et al में सम्मिलित हैं। अल-डोप्ड CoCrFeMnNi HEAs की अपेक्षा, अल-डोप्ड CoCrFeMnNi HEAFs में अधिक कठोरता थी, जिसे HEAFs के अधिक छोटे आकार (nm बनाम µm) के लिए उत्तरदाई बताया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, Al0 में कम मापांक और Al1.3 क्रमशः 172.84 और 167.19 जीपीए हैं।

इसके अतिरिक्त, आरएफ-स्पटरिंग प्रौद्योगिकी CoCrFeMnNiTix एकत्र करने में सक्षम थी I CoCrFeMnNi मिश्र धातु और Ti लक्ष्यों के सह-स्पटरिंग द्वारा HEAFs Ti0.2 के लिए कठोरता तीव्रता से बढ़कर 8.61 GPa हो गई है I CoCrFeMnNi मिश्र धातु प्रणाली में Ti परमाणुओं को जोड़कर, उत्तम ठोस समाधान को दृढ़ करने वाले प्रभावों का विचार दिया गया है। Ti के जुड़ने से, Ti0.8 फिल्म की अधिकतम कठोरता 8.99 GPa थी। कठोरता में वृद्धि जालक विरूपण प्रभाव और अनाकार अवस्था की उपस्थिति दोनों के कारण थी, जिसे CoCrFeMnNi मिश्र धातु प्रणाली में बड़े Ti परमाणुओं को जोड़ने के लिए उत्तरदाई बताया गया था। यह CoCrFeMnNiTix HEAs से भिन्न है क्योंकि थोक मिश्र धातु में मैट्रिक्स में इंटरमेटेलिक अवक्षेप होता है। इसका कारण शीतलन दर में अंतर है, अर्थात, थोक HEAs की निर्मिती विधि में शीतलन दर धीमी है और इस प्रकार HEAs में इंटरमेटेलिक यौगिक दिखाई देता हैं। इसके अतिरिक्त, HEAF में शीतलन दर अधिक होती है और प्रसार दर सीमित होती है, इसलिए उनमें इंटरमेटेलिक अवस्था होते हैं। Ti0.2 में मापांक कम हो गया और Ti0.8 क्रमशः 157.81 और 151.42 जीपीए हैं। अन्य HEAF को मैग्नेट्रोन स्पटरिंग प्रौद्योगिकी द्वारा सफलतापूर्वक निर्मित किया गया था और कठोरता और संबंधित मापांक मान सारणी 1 में सूचीबद्ध हैं।

नाइट्राइड-HEAFs के लिए, हुआंग एट अल (AlCrNbSiTiV)N फिल्में निर्मित कीं और संरचना और यांत्रिक गुणों पर नाइट्रोजन सामग्री के प्रभाव की जांच की हैं। उन्होंने पाया कि कठोरता (41 जीपीए) और फैक्सिबिलिटी मापांक (360 जीपीए) दोनों मान अधिकतम तक पहुंच गए जब RN = 28% (AlCrMoTaTiZr)Nx फिल्म RN = 40.2 GPa की उच्चतम कठोरता और 420 GPa के फैक्सिबिलिटी मापांक के साथ 40% पर एकत्र की गई हैं I चांग एट अल. विभिन्न R के अंतर्गत सिलिकॉन सब्सट्रेट पर निर्मित (TiVCrAlZr)NN = 0 ~ 66.7%) RN = 50%, फिल्मों की कठोरता और फैक्सिबिलिटी मापांक 11 और 151 जीपीए के अधिकतम मूल्यों तक पहुंच गए। लियू एट अल. (FeCoNiCuVZrAl)N HEAF का अध्ययन किया और R को बढ़ाया अनुपात 0 से 50% तक हैं I उन्होंने R पर अनाकार संरचना के साथ कठोरता और फैक्सिबिलिटी मापांक के दोनों मूल्यों को 12 और 166 जीपीए की अधिकतमता ।N = 30% प्रदर्शित की हैं I अन्य संबंधित नाइट्राइड-आधारित HEAF को सारणी 2 में संक्षेपित किया गया है। शुद्ध धात्विक HEAF (सारणी 1) की अपेक्षा, अधिकांश नाइट्राइड-आधारित फिल्मों में नाइट्रोजन से युक्त बाइनरी यौगिक के निर्माण के कारण बड़ी कठोरता और फैक्सिबिलिटी म्युडल्स होते हैं। चूँकि, अभी भी अपेक्षाकृत कम कठोरता वाली कुछ फ़िल्में हैं, जो 20 GPa से छोटी हैं, इसका कारण गैर-नाइट्राइड-बनाने वाले तत्वों का समावेश है।

अब तक, HEAF पर केंद्रित अधिक सारे अध्ययन हुए हैं और विभिन्न रचनाओं और प्रौद्योगिकी को निर्मित किया गया है। बीज का आकार, अवस्था परिवर्तन, संरचना, घनत्व, अवशिष्ट तनाव और नाइट्रोजन, कार्बन और ऑक्सीजन की सामग्री भी कठोरता और फैक्सिबिलिटी मापांक के मूल्यों को प्रभावित कर सकती है। इसलिए, वे अभी भी सूक्ष्म संरचनाओं और यांत्रिक गुणों और संबंधित अनुप्रयोगों के मध्य सहसंबंध में हैं।

सारणी 1. मैग्नेट्रोन स्पटरिंग विधि के माध्यम से शुद्ध धात्विक HEAF और उनके अवस्था, कठोरता और संबंधित मापांक मूल्यों के सम्बन्ध में प्रकाशित पत्र इस प्रकार है:- सारणी 2. नाइट्राइड-आधारित HEAF और उनकी संरचनाओं, संबंधित कठोरता और फैक्सिबिलिटी मापांक मूल्यों के संबंध में वर्तमान प्रकाशन इस प्रकार है:-

यह भी देखें

 * आकृतिहीन धातु
 * उच्च-एन्ट्रॉपी-मिश्र धातु नैनोकण
 * नैनोक्रिस्टलाइन सामग्री
 * ह्यूम-रोथेरी नियम