高熵合金,也称多主元合金,一般包含多种主要的组成元素（一般五种或者五种以上元素,并且每一种元素的原子百分比为5-35%）。高熵合金由于其具有简单的固溶体结构（面心立方,体心立方或者密排六方）和较高的室温、低温及高温力学性能,而受到许多冶金学家们的广泛关注。由于高熵合金具有含有多个元素的特点,使得合金成分的设计存在较多的可能。这一方面使其具有较大的发展潜力,另一方面也为它的成分设计带来了巨大的挑战。对于传统合金,合金化法是改善合金组织及力学性能的有效途径。在高熵合金领域,也已经有部分学者采用合金化的方法,以伪二元合金的形式（MYx）,研究合金元素对高熵合金组织和力学性的影响。但如何通过有效的合金设计方法来选择合适的合金元素,通过调节合金所含相的比例来改善合金的力学性能,一直是高熵合金领域需要解决的关键问题。近年来,有研究表明价电子浓度是影响高熵合金相组成的重要物理参数。一个合金设计思路为:通过调控合金成分,改变合金的平均价电子浓度,进而调节合金的相组成,最终实现对合金力学性能的控制。如果这一设计思路被验证,这对设计高熵合金的成分具有实际指导意义。基于上述问题,本文研究了具有较低价电子浓度（VEC）的合金元素Ti、Mo、W和Nb对具有单相FCC结构的CoCrFeMnNi高熵合金的微观组织、相组成及力学性能的影响;研究了具有较高VEC的合金元素Co和Ni以及非金属元素C对具有单相BCC结构的AlCoCrFeNi高熵合金的微观组织、相组成及力学性能的影响。研究结果表明,高价电子浓度的元素有利于改善高熵合金的塑性,低价电子浓度的元素有利于增强高熵合金的强度。这一发现对设计高熵合金的成分具有指导意义,是一种简便易行的设计方法。本文设计并制备出一种等摩尔比和一种非等摩尔比(CoCrCuMnNi和Co9Cr7Cu36Mn25Ni23)的高熵合金,这两种高熵合金具有较好的力学性能,并对这种高熵合金的相热稳定性进行了研究。实验结果表明,在新开发的CoCrCuMnNi及Co9Cr7Cu36Mn25Ni23（原子百分比）高熵合金中,均有大量的纳米析出相产生,其尺寸为5-50 nm。这些纳米析出相的产生对这两种高熵合金的力学性能具有积极作用。通过对合金凝固路径及纳米析出相成分分布进行分析,我们发现,在合金凝固过程中,随着温度的降低,部分原子在基体中的固溶度也将会随之降低,他们将会从过饱和的固溶体基体中析出进而形成析出相。由于高熵合金的迟滞扩散效应,这些析出相长大到一定尺寸后,进一步长大将受到抑制,故而形成尺寸较小的纳米级析出相。拉伸测试结果表明,相比于已报道的高熵合金,这两种高熵合金均具有较为突出的综合拉伸力学性能。在铸造状态下,CoCrCuMnNi高熵合金的拉伸屈服强度,拉伸强度,延伸率分别为458MPa,742 MPa,40%。Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的拉伸屈服强度,拉伸强度,延伸率分别为401 MPa,700 MPa,36%。对Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的热处理（热处理条件为200,400,600,800,1000°C条件下保温2小时之后淬火）实验结果表明,当热处理温度为800°C时,在Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金中会有一些Co和Cr富集的sigma相生成,拉伸测试结果显示这些sigma相的形成对Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金的力学性能具有负面作用。通过将实验结果与计算相图（CALPHAD）进行比较,从热力学、动力学的角度对sigma相的形成机制进行了分析。只有选择一个合适的温度,同时满足Sigma相形成的热力学和动力学条件,Sigma相才会在合金中形成,这即为Sigma相形成的动力学和热力学平衡机制。利用第一性原理（EMTO-CPA）的方法对Co9Cr7Cu36Mn25Ni23高熵合金组成相的总能量进行计算,从能量的角度解释了合金中形成两个面心立方相而不是一个面心立方相的原因。