钢材具有较好的机械性能和相对低廉的价格,是众多领域中不可或缺的材料,但其自身较差的耐蚀性限制了在工程中的应用。表面涂层技术是一种改善材料耐腐蚀性能的有效手段。本文采用理论和实验相结合的方法,第一性原理方法证实五元高熵合金AlFeCrCoNi具有较好的耐氧化和耐氯离子腐蚀性能,预测高熵合金的组成元素。通过理论分析结果利用电子束蒸发和激光熔覆法在钢表面制备高熵合金涂层,研究其对钢材基体耐腐蚀性能的作用。首先,采用密度泛函理论分别分析了钢基体和高熵合金组成元素之间相互作用及其吸附行为,剖析AlFeCrCoNi高熵合金的耐腐蚀机理。创建钢基体Fe31MnC模型,找到较稳定的结构并切出表面Fe31MnC(001)。以铁原子为终端的表面O2六种吸附位中,面心间位吸附的吸附能最大是1.989eV,另外还发生了表面重聚的原子吸附现象,具有很强的吸附作用,吸附能皆在3.5eV左右,是分子吸附能的2倍多。以碳原子为终端的表面更有利于发生表面的氧分子吸附,以锰原子为终端的表面氧气分子发生解离的可能性小。Fe31MnC(001)表面NaCl吸附测试中,研究发现：NaCl吸附后的稳定结构更易于占据由铁原子组成的面心间位,吸附能最大为3.007eV。对比三种不同原子为终端的表面吸附能,碳原子作为终端的吸附能最大,铁次之,锰最小。因此以碳原子为终端的表面有利于NaCl的吸附。从吸附能结果来看,B2型的AlFeCrCoNi (001)表面氧分子的吸附能为0.98eV, NaCl吸附能为1.23eV。对比钢基体的吸附结果,高熵合金表面和吸附分子间的作用力较弱,对于高熵合金表面的氧化和腐蚀的影响很小。因而高熵合金涂层能显著改善钢表面的氧化和耐蚀性能。其次,利用第一性原理方法进行了合金的成分设计,高熵合金主元依次为Al、Fe、 Cr、Co、Ni和Cu。选用高纯材料利用真空电弧熔炼法,制备了高熵合金AlxFeCrCoNiCu(x=0.25,0.5,1.0)。利用硬度测试、室温压缩、摩擦磨损、X射线衍射、电子探针和扫描电镜等手段对高熵合金的力学性能和微观结构进行分析。实验结果表明：A1.0FeCrCoNiCu合金的硬度值达到485HV,具有较高的抗压强度,耐磨性好；x射线衍射分析发现,当x=0.25,合金为简单的FCC固溶体相。随着铝含量增加出现有序的BCC结构,形成FCC+BCC的混合结构；同时观测铸态高熵合金具有典型的枝晶结构,在枝晶间区域产生了Cu和Ni的富集现象。最后,以高熵合金AlxFeCrCoNiCu (x=0.25,0.5,1.0)为靶材,运用两种不同方法将高熵合金镀在钢基体表面,研究了高熵合金涂层的耐腐蚀特性。分别利用硬度测试和纳米压痕实验考察高熵合金涂层的力学性能、基体之间的结合效果等；运用x射线衍射、原子力显微镜、扫描电镜、电子探针观察涂层表面的形貌和元素的质量分数；运用电化学腐蚀实验考察了高熵合金涂层的耐蚀性能。研究发现：高熵合金涂层的硬度达到481HV,硬度值约为基底材料的二倍,而且不同位置的硬度值相差不大,分布均匀。三种涂层Al-0.25、Al-0.5和A1-1.0对应的最大载荷依次为10.25mN、2.39mN和14.78mN,卸载后的残余深度约100nm,发生了较大的塑性变形。研究还发现,高熵合金涂层表面随着基底的粗糙程度不同得到的涂层质量也不同,光滑基底沉积的涂层表面平整、分布均匀、涂层致密。表面的化学成分和靶材类似,检测到较大含量的铁元素和氧元素。电化学测试结果与耐蚀性较好的304不锈钢作对比,在0.5mol/L的H2SO4溶液中,304不锈钢具有低的腐蚀电位和大的腐蚀电流密度,高熵合金涂层具有较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,耐腐蚀性要优于304不锈钢。在1mol/L NaCl溶液中,A1-1.0合金涂层有较高的自腐蚀电位、较低的自腐蚀电流密度,耐孔蚀能力最好,304不锈钢的抗孔蚀能力最差。