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高熵合金通常由五种或五种以上元素组成,且每种元素的摩尔分数在5-35%之间。这种新型的合金设计理念突破了传统合金以一种或两种元素为主的设计思路,拓宽了金属材料的研究范围。由于高熵合金的多主元效应,其通常具有高强度、高硬度、优异耐磨性、出色热稳定性等性能特点,使得高熵合金具有巨大的学术研究价值及工业应用潜力。本文根据固溶体特征及Hume-Rothery规则,基于原子半径差δ、混合焓ΔHmix及价电子浓度VEC三个参数,成功预测出单相固溶体结构高熵合金的形成规律。通过系统地研究几十种具有代表性的高熵合金体系的晶体结构与δ、ΔHmix及VEC的关系,建立起单相固溶体结构高熵合金的稳定性判据,设计出具有单相FCC固溶体结构的CoFeNi2V0.5合金。在此基础上,依据d轨道能级模型,提出向其中加入d轨道能级Md值较高的Mo、Nb元素形成化合物强化相,以提高合金的综合力学性能。借助同步辐射原位拉伸、应变场分布测量、TEM等先进分析测试技术,系统地研究了具有优异综合力学性能的CoFeNi2V0.5Mo0.2及CoFeNi2V0.5Nb0.2合金的微观变形机制。此外,还通过热处理实验,探究具有共晶组织的CoFeNi2Vo.5Nb0.75合金的热稳定性。采用激光熔覆的方法将耐磨性最好的CoFeNi2V0.5Nb0.75及CoFeNi2Vo.5Nb合金制备成高熵合金涂层,考察其对基体性能的提高。主要得到以下结论：(1)根据固溶体特征及Hume-Rothery规则,基于原子半径差δ、混合焓ΔHmix及价电子浓度VEC三个参数成功地预测出单相固溶体结构高熵合金的形成规律。发现当合金体系的三个参数同时满足条件：δ< 3.75%,-7.27kJ·mol-1< ΔHmix<4kJ·mol-1以及VEC>8时,单相FCC结构的高熵合金能够形成。当三个参数同时满足条件：δ<3.75%,-7.27kJ·mol-1< ΔHmix<4kJ·mol-1以及VEC<6.87时,单相BCC结构的高熵合金能够形成。(2)根据所建立的纯单相固溶体结构高熵合金的预测模型,成功优化出一种具有单相FCC固溶体结构的CoFeNi2V0.5合金。在此基础上,依据d轨道能级理论,选取Md值较大的Mo、Nb元素形成强化相,系统地研究Mo、Nb含量的变化对CoFeNi2V0.5合金组织性能的影响。发现随着这两种元素含量的增加,合金微观组织的变化趋势相同。均由单相FCC固溶体组织,转变为亚共晶、完全共晶、及过共晶组织。(3)优化后的CoFeNi2V0.5合金具有单相FCC固溶体结构,并且显示出较高的室温拉伸强度528.1MPa,及优异的延伸率72.8%。在该合金凝固的过程中,对金属熔体施加电磁搅拌,发现合金的组织明显细化,拉伸强度提高到547.0MPa,延伸率提高到82.1%。并且,CoFeNi2V0.5Mo0.2合金在-196～800℃的宽温域范围内均显示出良好的强塑性,变形过程中始终表现出均匀的塑性流变特性。(4)借助应变场分布测量实验,揭示了CoFeNi2V0.5Mo0.2高熵合金的微观变形机制。发现,高熵合金在变形过程中呈现交替分布的应变场。分析表明,正是高熵合金内部存在着较大晶格畸变程度的差异,才导致晶格间交替转换的变形模式出现,从而有效缓解了应变集中,释放了晶格缺陷的局部应变,推迟颈缩的发生,提高了合金的塑性。(5)优化后的CoFeNi2V0.5Nb0.2合金在很宽的温度范围内(-196～700℃)均显示出优异的综合性能。断口附近的TEM分析表明,CoFeNi2V0.5Nb0.2合金在不同温度变形时的主要变形机制均为位错面滑移。.Taylor晶格、高密度的位错墙(HDDWs)及Lomer-Cottrell锁等复杂的位错组态增加了位错的运动阻力,从而提高合金的强度。同时,这些复杂位错的存在也增加了合金的应变硬化能力,推迟了颈缩的发生,提高合金的塑性。(6)所设计开发的CoFeNi2Vo.5Nbo.75合金铸态下显示了完全的共晶组织及较高的硬度640.1HV,同时,表现出良好的热稳定性。800℃淬火处理后合金显示了最好的综合压缩性能：σbc-2586.8MPa、σy=2075.2MPa、εp= 16.7%,并且硬度仍然维持在640.7HV。(7)摸索出具有良好耐磨性能的CoFeNi2V0.5Nb0.75及CoFeNi2V0.5Nb合金成分,并成功完成了激光熔覆涂层的制备,摩擦实验结果表明涂层的摩擦抗力是基体SUS304钢的2倍以上。