CoCrFeNi huwa liga ta 'entropija għolja (HEA) kubika ċċentrata fuq il-wiċċ (fcc) studjata tajjeb b'duttilità eċċellenti iżda saħħa limitata.Il-fokus ta 'dan l-istudju huwa fuq it-titjib tal-bilanċ tas-saħħa u d-duttilità ta' tali HEAs billi żżid ammonti differenti ta 'SiC bl-użu tal-metodu tat-tidwib bl-ark.Ġie stabbilit li l-preżenza tal-kromju fil-bażi HEA tikkawża d-dekompożizzjoni tas-SiC waqt it-tidwib.Għalhekk, l-interazzjoni tal-karbonju ħieles mal-kromju twassal għall-formazzjoni in situ ta 'karburi tal-kromju, filwaqt li s-silikon ħieles jibqa' f'soluzzjoni fil-bażi HEA u/jew jinteraġixxi mal-elementi li jiffurmaw il-bażi HEA biex jiffurmaw siliċidi.Hekk kif il-kontenut ta 'SiC jiżdied, il-fażi tal-mikrostruttura tinbidel fis-sekwenza li ġejja: fcc → fcc + eutectic → fcc + flakes tal-karbur tal-kromju → fcc + qxur tal-karbur tal-kromju + siliċidu → fcc + qxur tal-karbur tal-kromju + siliċidu + blalen tal-grafita / flakes tal-grafita.Il-komposti li jirriżultaw juru firxa wiesgħa ħafna ta 'proprjetajiet mekkaniċi (qawwa ta' rendiment li tvarja minn 277 MPa f'aktar minn 60% ta 'titwil għal 2522 MPa f'elongazzjoni ta' 6%) meta mqabbla ma 'ligi konvenzjonali u ligi ta' entropy għolja.Uħud mill-kompożiti ta 'entropija għolja żviluppati juru kombinazzjoni eċċellenti ta' proprjetajiet mekkaniċi (qawwa ta 'rendiment 1200 MPa, elongazzjoni 37%) u jokkupaw reġjuni li qabel ma setgħux jintlaħqu fuq id-dijagramma tat-tensjoni tat-titwil tar-rendiment.Minbarra t-titwil notevoli, l-ebusija u s-saħħa tar-rendiment tal-komposti HEA huma fl-istess medda bħal nuċċalijiet metalliċi bl-ingrossa.Għalhekk, huwa maħsub li l-iżvilupp ta 'komposti ta' entropija għolja jista 'jgħin biex tinkiseb kombinazzjoni eċċellenti ta' proprjetajiet mekkaniċi għal applikazzjonijiet strutturali avvanzati.
L-iżvilupp ta 'ligi ta' entropy għolja huwa kunċett ġdid promettenti fil-metallurġija1,2.Ligi ta 'entropija għolja (HEA) wrew f'numru ta' każijiet taħlita eċċellenti ta 'proprjetajiet fiżiċi u mekkaniċi, inkluża stabbiltà termali għolja3,4 elongation superplastika5,6 reżistenza għall-għeja7,8 reżistenza għall-korrużjoni9,10,11, reżistenza għall-ilbies eċċellenti12,13,14 ,15 u proprjetajiet triboloġiċi15 ,16,17 anke f'temperaturi għoljin18,19,20,21,22 u proprjetajiet mekkaniċi f'temperaturi baxxi23,24,25.Il-kombinazzjoni eċċellenti ta 'proprjetajiet mekkaniċi fl-HEA hija ġeneralment attribwita għal erba' effetti ewlenin, jiġifieri entropy26 konfigurazzjoni għolja, distorsjoni qawwija tal-kannizzata27, diffusion28 bil-mod u effett cocktail29.L-HEAs huma ġeneralment ikklassifikati bħala tipi FCC, BCC u HCP.FCC HEA tipikament fih elementi ta 'tranżizzjoni bħal Co, Cr, Fe, Ni u Mn u juri duttilità eċċellenti (anke f'temperatura baxxa25) iżda saħħa baxxa.BCC HEA ġeneralment ikun magħmul minn elementi ta 'densità għolja bħal W, Mo, Nb, Ta, Ti u V u għandu qawwa għolja ħafna iżda duttilità baxxa u saħħa speċifika baxxa30.
Il-modifika mikrostrutturali ta 'HEA bbażata fuq magni, ipproċessar termomekkaniku u ż-żieda ta' elementi ġiet investigata biex tinkiseb l-aħjar kombinazzjoni ta 'proprjetajiet mekkaniċi.CoCrFeMnNi FCC HEA huwa soġġett għal deformazzjoni plastika severa permezz ta 'torsjoni bi pressjoni għolja, li twassal għal żieda sinifikanti fl-ebusija (520 HV) u s-saħħa (1950 MPa), iżda l-iżvilupp ta' mikrostruttura nanokristallina (~ 50 nm) jagħmel il-liga fraġli31 .Instab li l-inkorporazzjoni ta 'duttilità ta' ġemellaġġ (TWIP) u plastiċità indotta mit-trasformazzjoni (TRIP) f'CoCrFeMnNi HEAs tikkonferixxi hardenability tajba tax-xogħol li tirriżulta f'duttilità għolja tat-tensjoni, għalkemm għad-detriment tal-valuri attwali tas-saħħa tat-tensjoni.Hawn taħt (1124 MPa) 32. Il-formazzjoni ta 'mikrostruttura f'saffi (li tikkonsisti minn saff irqiq deformat u qalba mhux deformata) fil-CoCrFeMnNi HEA bl-użu ta' shot peening irriżulta f'żieda fis-saħħa, iżda dan it-titjib kien limitat għal madwar 700 MPa33.Fit-tfittxija ta 'materjali bl-aħjar kombinazzjoni ta' saħħa u duttilità, l-iżvilupp ta 'HEAs multiphase u HEAs ewtektiċi bl-użu ta' żidiet ta 'elementi mhux iżoatomiċi ġie investigat ukoll34,35,36,37,38,39,40,41.Tabilħaqq, instab li distribuzzjoni ifjen ta 'fażijiet iebsa u rotob f'ligi ewtektiku ta' entropija għolja tista 'twassal għal kombinazzjoni relattivament aħjar ta' saħħa u duttilità35,38,42,43.
Is-sistema CoCrFeNi hija liga ta 'entropija għolja FCC ta' fażi waħda studjata ħafna.Din is-sistema turi proprjetajiet veloċi ta 'twebbis tax-xogħol44 u ductility eċċellenti45,46 kemm f'temperaturi baxxi kif ukoll għoljin.Saru diversi tentattivi biex tittejjeb is-saħħa relattivament baxxa tagħha (~300 MPa)47,48 inkluż ir-raffinament tal-qamħ25, mikrostruttura eteroġenja49, preċipitazzjoni50,51,52 u plastiċità indotta mit-trasformazzjoni (TRIP)53.Ir-raffinament tal-qamħ ta 'HEA CoCrFeNi kubu ċċentrata fuq il-wiċċ fondut permezz ta' tpinġija kiesħa taħt kundizzjonijiet severi iżid is-saħħa minn madwar 300 MPa47.48 għal 1.2 GPa25, iżda jnaqqas it-telf ta 'duttilità minn aktar minn 60% għal 12.6%.Iż-żieda ta 'Al mal-HEA ta' CoCrFeNi rriżultat fil-formazzjoni ta 'mikrostruttura eteroġenja, li żiedet is-saħħa tar-rendiment tagħha għal 786 MPa u t-titwil relattiv tagħha għal madwar 22%49.CoCrFeNi HEA ġie miżjud ma 'Ti u Al biex jiffurmaw preċipitati, u b'hekk jiffurmaw it-tisħiħ tal-preċipitazzjoni, żiedu s-saħħa tal-produzzjoni tiegħu għal 645 MPa u titwil għal 39%51.Il-mekkaniżmu TRIP (iċċentrati fuq il-wiċċ kubu → trasformazzjoni martensitika hexahedral) u ġemellaġġ żiedu s-saħħa tat-tensjoni ta 'CoCrFeNi HEA għal 841 MPa u titwil fil-waqfa għal 76%53.
Saru wkoll tentattivi biex jiżdied it-tisħiħ taċ-ċeramika mal-matriċi kubi ċċentrata tal-wiċċ HEA biex jiġu żviluppati komposti ta 'entropija għolja li jistgħu juru taħlita aħjar ta' saħħa u duttilità.Komposti b'entropija għolja ġew ipproċessati permezz ta 'tidwib bl-ark vakwu44, liga mekkanika45,46,47,48,52,53, sinterizzazzjoni tal-plażma spark46,51,52, pressing hot vakwu45, ippressar iżostatiku sħun47,48 u l-iżvilupp ta' proċessi ta 'manifattura addittivi43, 50.Karburi, ossidi u nitruri bħal WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 u Y2O351 intużaw bħala rinfurzar taċ-ċeramika fl-iżvilupp ta 'komposti HEA.L-għażla tal-matriċi HEA u ċ-ċeramika t-tajba hija speċjalment importanti meta tiddisinja u tiżviluppa kompost HEA b'saħħtu u durabbli.F'dan ix-xogħol, CoCrFeNi intgħażel bħala l-materjal tal-matriċi.Diversi ammonti ta 'SiC ġew miżjuda mal-CoCrFeNi HEA u ġie studjat l-effett tagħhom fuq il-mikrostruttura, il-kompożizzjoni tal-fażi u l-proprjetajiet mekkaniċi.
Metalli ta 'purità għolja Co, Cr, Fe, u Ni (99.95 wt %) u SiC trab (purità 99%, daqs -400 malji) fil-forma ta' partiċelli elementari ntużaw bħala materja prima għall-ħolqien ta 'komposti HEA.Il-kompożizzjoni iżoatomika tal-CoCrFeNi HEA l-ewwel tqiegħdet f'moffa emisferika tar-ram imkessaħ bl-ilma, u mbagħad il-kamra ġiet evakwata għal 3·10-5 mbar.Il-gass argon ta 'purità għolja huwa introdott biex jinkiseb il-vakwu meħtieġ għat-tidwib bl-ark b'elettrodi tat-tungstenu mhux konsumabbli.L-ingotti li jirriżultaw huma maqluba u mdewba mill-ġdid ħames darbiet biex tiġi żgurata omoġeneità tajba.Komposti ta 'entropija għolja ta' kompożizzjonijiet varji ġew ippreparati billi żżid ċertu ammont ta 'SiC mal-buttuni CoCrFeNi ekwiatomiċi li jirriżultaw, li ġew omoġenizzati mill-ġdid b'inverżjoni ta' ħames darbiet u tidwib mill-ġdid f'kull każ.Il-buttuna iffurmata mill-kompost li rriżultat inqatgħet bl-użu ta 'EDM għal aktar ittestjar u karatterizzazzjoni.Ġew ippreparati kampjuni għal studji mikrostrutturali skont metodi metallografiċi standard.L-ewwel, il-kampjuni ġew eżaminati bl-użu ta 'mikroskopju tad-dawl (Leica Microscope DM6M) bis-softwer Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) għall-analiżi tal-fażi kwantitattiva.Tliet immaġini meħuda f'żoni differenti b'erja totali ta 'madwar 27,000 µm2 ġew magħżula għall-analiżi tal-fażi.Studji mikrostrutturali dettaljati ulterjuri, inkluż analiżi tal-kompożizzjoni kimika u analiżi tad-distribuzzjoni tal-elementi, twettqu fuq mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (JEOL JSM-6490LA) mgħammar b'sistema ta 'analiżi ta' spettroskopija dispersiva tal-enerġija (EDS).Il-karatterizzazzjoni tal-istruttura tal-kristall tal-kompost HEA twettqet bl-użu ta 'sistema ta' diffrazzjoni tar-raġġi X (Bruker D2 phase shifter) bl-użu ta 'sors CuKα b'daqs pass ta' 0.04 °.L-effett tal-bidliet mikrostrutturali fuq il-proprjetajiet mekkaniċi tal-komposti HEA ġie studjat bl-użu ta 'testijiet ta' mikroebusija Vickers u testijiet ta 'kompressjoni.Għat-test ta' l-ebusija, tiġi applikata tagħbija ta' 500 N għal 15 s bl-użu ta' mill-inqas 10 indentazzjonijiet għal kull kampjun.It-testijiet ta 'kompressjoni ta' komposti HEA f'temperatura tal-kamra twettqu fuq kampjuni rettangolari (7 mm × 3 mm × 3 mm) fuq magna tal-ittestjar universali Shimadzu 50KN (UTM) b'rata ta 'tensjoni inizjali ta' 0.001/s.
Komposti ta' entropy għolja, minn hawn 'il quddiem imsejħa kampjuni S-1 sa S-6, ġew ippreparati billi żiedu 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, u 17% SiC (kollha bil-piż%) ma' matriċi CoCrFeNi .rispettivament.Il-kampjun ta' referenza li miegħu ma ġie miżjud l-ebda SiC huwa minn hawn 'il quddiem imsejjaħ kampjun S-0.Mikrografi ottiċi tal-komposti HEA żviluppati huma murija fil-Fig.1, fejn, minħabba ż-żieda ta 'diversi addittivi, il-mikrostruttura ta' fażi waħda tal-CoCrFeNi HEA ġiet trasformata f'mikrostruttura li tikkonsisti f'ħafna fażijiet b'morfoloġija, daqsijiet u distribuzzjoni differenti.L-ammont ta 'SiC fil-kompożizzjoni.L-ammont ta 'kull fażi ġie determinat mill-analiżi tal-immaġni bl-użu tas-softwer LAS Phase Expert.Id-daħla fil-Figura 1 (fuq il-lemin) turi żona eżempju għal din l-analiżi, kif ukoll il-frazzjoni taż-żona għal kull komponent tal-fażi.
Mikrografi ottiċi tal-komposti żviluppati b'entropija għolja: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 u (f) C- 6.Id-daħla turi eżempju tar-riżultati tal-analiżi tal-fażi tal-immaġni bbażati fuq il-kuntrast bl-użu tas-softwer LAS Phase Expert.
Kif muri fil-fig.1a, mikrostruttura ewtektika ffurmata bejn il-volumi tal-matriċi tal-kompost C-1, fejn l-ammont tal-matriċi u l-fażijiet ewtektiċi huwa stmat bħala 87.9 ± 0.47% u 12.1% ± 0.51%, rispettivament.Fil-kompost (C-2) muri fil-Fig. 1b, m'hemm l-ebda sinjali ta 'reazzjoni ewtektika waqt is-solidifikazzjoni, u mikrostruttura kompletament differenti minn dik tal-kompost C-1 hija osservata.Il-mikrostruttura tal-kompost C-2 hija relattivament fina u tikkonsisti fi pjanċi rqaq (karburi) distribwiti b'mod uniformi fil-fażi tal-matriċi (fcc).Il-frazzjonijiet tal-volum tal-matriċi u l-karbur huma stmati għal 72 ± 1.69% u 28 ± 1.69%, rispettivament.Minbarra l-matriċi u l-karbur, instabet fażi ġdida (siliċida) fil-kompost C-3, kif muri fil-Fig. 1c, fejn il-frazzjonijiet tal-volum ta 'tali fażijiet tas-siliċidu, karbur, u matriċi huma stmati għal madwar 26.5% ± 0.41%, 25.9 ± 0.53, u 47.6 ± 0.34, rispettivament.Fażi oħra ġdida (grafita) ġiet osservata wkoll fil-mikrostruttura tal-kompost C-4;ġew identifikati total ta' erba' fażijiet.Il-fażi tal-grafita għandha forma globulari distinta b'kuntrast skur f'immaġini ottiċi u hija preżenti biss f'ammonti żgħar (il-frazzjoni tal-volum stmat hija biss madwar 0.6 ± 0.30%).Fil-komposti C-5 u C-6, ġew identifikati biss tliet fażijiet, u l-fażi skura tal-grafita kontrastanti f'dawn il-komposti tidher fil-forma ta 'qxur.Meta mqabbel mal-qxur tal-grafita f'Kompożitu S-5, il-qxur tal-grafita f'Kompożitu S-6 huma usa ', iqsar u aktar regolari.Ġiet osservata wkoll żieda korrispondenti fil-kontenut tal-grafita minn 14.9 ± 0.85% fil-kompost C-5 għal madwar 17.4 ± 0.55% fil-kompost C-6.
Biex tinvestiga aktar il-mikrostruttura dettaljata u l-kompożizzjoni kimika ta 'kull fażi fil-kompost HEA, ġew eżaminati kampjuni bl-użu ta' SEM, u saru wkoll analiżi tal-punti EMF u mapping kimiku.Ir-riżultati għall-kompost C-1 huma murija fil-fig.2, fejn tidher b'mod ċar il-preżenza ta 'taħlitiet ewtektiċi li jisseparaw ir-reġjuni tal-fażi prinċipali tal-matriċi.Il-mappa kimika tal-kompost C-1 hija murija fil-Fig. 2c, fejn wieħed jista 'jara li Co, Fe, Ni, u Si huma mqassma b'mod uniformi fil-fażi matriċi.Madankollu, instab ammont żgħir ta 'Cr fil-fażi tal-matriċi meta mqabbel ma' elementi oħra tal-HEA bażi, li jissuġġerixxi li Cr imxerred barra mill-matriċi.Il-kompożizzjoni tal-fażi ewtektika bajda fl-immaġni SEM hija rikka fil-kromju u l-karbonju, li tindika li hija karbur tal-kromju.In-nuqqas ta 'partiċelli diskreti SiC fil-mikrostruttura, flimkien mal-kontenut baxx osservat ta' kromju fil-matriċi u l-preżenza ta 'taħlitiet ewtektiċi li fihom fażijiet sinjuri fil-kromju, jindika d-dekompożizzjoni sħiħa ta' SiC waqt it-tidwib.Bħala riżultat tad-dekompożizzjoni tas-SiC, is-silikon jinħall fil-fażi tal-matriċi, u l-karbonju ħieles jinteraġixxi mal-kromju biex jifforma karburi tal-kromju.Kif jidher, il-karbonju biss kien determinat kwalitattivament bil-metodu EMF, u l-formazzjoni tal-fażi ġiet ikkonfermata bl-identifikazzjoni tal-qċaċet tal-karbur karatteristiċi fil-mudelli tad-diffrazzjoni tar-raġġi X.
(a) immaġni SEM tal-kampjun S-1, (b) immaġni mkabbra, (c) mappa tal-element, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
L-analiżi tal-kompost C-2 hija murija fil-fig.3. Simili għad-dehra fil-mikroskopija ottika, l-eżami SEM wera struttura fina magħmula minn żewġ fażijiet biss, bil-preżenza ta 'fażi lamellari rqiqa mqassma b'mod uniformi fl-istruttura kollha.fażi matriċi, u m'hemm l-ebda fażi ewtektika.Id-distribuzzjoni tal-element u l-analiżi tal-punt EMF tal-fażi lamellari wrew kontenut relattivament għoli ta 'Cr (isfar) u C (aħdar) f'din il-fażi, li għal darb'oħra tindika d-dekompożizzjoni ta' SiC waqt it-tidwib u l-interazzjoni tal-karbonju rilaxxat mal-effett tal-kromju .Il-matriċi VEA tifforma fażi tal-karbur lamellari.Id-distribuzzjoni tal-elementi u l-analiżi tal-punt tal-fażi tal-matriċi wrew li ħafna mill-kobalt, ħadid, nikil u silikon huma preżenti fil-fażi tal-matriċi.
(a) immaġni SEM tal-kampjun S-2, (b) immaġni mkabbra, (c) mappa tal-element, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
Studji SEM ta 'komposti C-3 wrew il-preżenza ta' fażijiet ġodda minbarra l-fażijiet tal-karbur u tal-matriċi.Il-mappa elementali (Fig. 4c) u l-analiżi tal-punt EMF (Fig. 4d) juru li l-fażi l-ġdida hija rikka fin-nikil, kobalt u silikon.
(a) immaġni SEM tal-kampjun S-3, (b) immaġni mkabbra, (c) mappa tal-element, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
Ir-riżultati tal-analiżi SEM u EMF tal-kompost C-4 huma murija fil-Fig.5. Minbarra t-tliet fażijiet osservati fil-kompost C-3, instabet ukoll il-preżenza ta 'noduli tal-grafita.Il-frazzjoni tal-volum tal-fażi b'ħafna silikon hija wkoll ogħla minn dik tal-kompost C-3.
(a) immaġni SEM tal-kampjun S-4, (b) immaġni mkabbra, (c) mappa tal-element, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
Ir-riżultati tal-ispettri SEM u EMF tal-komposti S-5 u S-6 huma murija fil-Figuri 1 u 2. 6 u 7, rispettivament.Minbarra numru żgħir ta 'sferi, il-preżenza ta' qxur tal-grafita ġiet osservata wkoll.Kemm in-numru ta 'qxur tal-grafita kif ukoll il-frazzjoni tal-volum tal-fażi li fiha s-silikon fil-kompost C-6 huma akbar milli fil-kompost C-5.
(a) Immaġini SEM tal-kampjun C-5, (b) dehra mkabbra, (c) mappa elementali, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
(a) immaġni SEM tal-kampjun S-6, (b) immaġni mkabbra, (c) mappa tal-element, (d) riżultati EMF f'postijiet indikati.
Il-karatterizzazzjoni tal-istruttura tal-kristall ta 'komposti HEA twettqet ukoll bl-użu ta' kejl XRD.Ir-riżultat huwa muri fil-Figura 8. Fil-mudell tad-diffrazzjoni tal-bażi WEA (S-0), huma viżibbli biss il-qċaċet li jikkorrispondu għall-fażi fcc.Mudelli ta’ diffrazzjoni tar-raġġi X tal-komposti C-1, C-2, u C-3 wrew il-preżenza ta’ qċaċet addizzjonali li jikkorrispondu għall-karbur tal-kromju (Cr7C3), u l-intensità tagħhom kienet aktar baxxa għall-kampjuni C-3 u C-4, li indikaw li wkoll bid-data EMF għal dawn il-kampjuni.Il-qċaċet li jikkorrispondu għas-siliċidi Co/Ni ġew osservati għall-kampjuni S-3 u S-4, għal darb'oħra konsistenti mar-riżultati tal-mapping EDS murija fil-Figuri 2 u 3. Kif muri fil-Figura 3 u l-Figura 4. Ġew osservati l-qċaċet 5 u S-6 li jikkorrispondi għall-grafita.
Kemm il-karatteristiċi mikrostrutturali kif ukoll kristallografiċi tal-komposti żviluppati indikaw dekompożizzjoni tas-SiC miżjud.Dan huwa dovut għall-preżenza ta 'kromju fil-matriċi VEA.Il-kromju għandu affinità qawwija ħafna għall-karbonju 54.55 u jirreaġixxi mal-karbonju ħieles biex jifforma karburi, kif indikat mit-tnaqqis osservat fil-kontenut tal-kromju tal-matriċi.Si jgħaddi fil-fażi fcc minħabba d-dissoċjazzjoni ta 'SiC56.Għalhekk, żieda fiż-żieda ta 'SiC mal-HEA bażi wasslet għal żieda fl-ammont tal-fażi tal-karbur u l-ammont ta' Si ħieles fil-mikrostruttura.Instab li dan Si addizzjonali huwa depożitat fil-matriċi f'konċentrazzjonijiet baxxi (f'kompożiti S-1 u S-2), filwaqt li f'konċentrazzjonijiet ogħla (kompożiti S-3 sa S-6) jirriżulta f'depożizzjoni addizzjonali tal-kobalt/.siliċidu tan-nikil.L-entalpija standard tal-formazzjoni tas-siliċidi Co u Ni, miksuba b'kalorimetrija b'temperatura għolja ta' sintesi diretta, hija -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 għal Co2Si, CoSi u CoSi2, rispettivament, filwaqt li dawn valuri huma – 50.6 ± 1.7 u – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 għal Ni2Si u Ni5Si2, rispettivament.Dawn il-valuri huma aktar baxxi mis-sħana tal-formazzjoni ta 'SiC, li jindikaw li d-dissoċjazzjoni ta' SiC li twassal għall-formazzjoni ta 'siliċidi Co/Ni hija enerġetikament favorevoli.Fiż-żewġ komposti S-5 u S-6, silikon ħieles addizzjonali kien preżenti, li ġie assorbit lil hinn mill-formazzjoni tas-siliċidu.Dan is-silikon ħieles instab li jikkontribwixxi għall-grafitizzazzjoni osservata fl-azzar konvenzjonali58.
Il-proprjetajiet mekkaniċi tal-komposti żviluppati rinfurzati biċ-ċeramika bbażati fuq HEA huma investigati minn testijiet ta 'kompressjoni u testijiet ta' ebusija.Il-kurvi tal-istress-strain tal-komposti żviluppati huma murija fil-Fig.9a, u fil-Fig. 9b turi scatterplot bejn is-saħħa ta 'rendiment speċifiku, is-saħħa ta' rendiment, l-ebusija u t-titwil tal-komposti żviluppati.
(a) Kurvi ta' tensjoni kompressiva u (b) scatterplots li juru stress ta' rendiment speċifiku, saħħa ta' rendiment, ebusija u elongazzjoni.Innota li kampjuni S-0 sa S-4 biss huma murija, peress li l-kampjuni S-5 u S-6 fihom difetti sinifikanti tal-ikkastjar.
Kif jidher fil-fig.9, is-saħħa tar-rendiment żdiedet minn 136 MPa għall-bażi VES (C-0) għal 2522 MPa għall-kompost C-4.Meta mqabbel mal-WPP bażiku, il-kompost S-2 wera elongazzjoni tajba ħafna għal falliment ta 'madwar 37%, u wera wkoll valuri ta' saħħa ta 'rendiment ogħla b'mod sinifikanti (1200 MPa).Il-kombinazzjoni eċċellenti ta 'saħħa u duttilità ta' dan il-kompost hija dovuta għat-titjib fil-mikrostruttura ġenerali, inkluża d-distribuzzjoni uniformi ta 'lamellae tal-karbur fini madwar il-mikrostruttura, li hija mistennija li tinibixxi l-moviment ta' dislokazzjoni.Il-qawwiet tar-rendiment tal-komposti C-3 u C-4 huma 1925 MPa u 2522 MPa, rispettivament.Dawn il-qawwiet ta 'rendiment għoli jistgħu jiġu spjegati mill-frazzjoni ta' volum għoli tal-fażijiet tal-karbur tas-siment u tas-siliċidu.Madankollu, il-preżenza ta 'dawn il-fażijiet irriżulta wkoll f'titwil fil-waqfa ta' 7%.Il-kurvi tal-istress-strain tal-kompożiti bażi CoCrFeNi HEA (S-0) u S-1 huma konvessi, li jindikaw l-attivazzjoni tal-effett ta 'ġemellaġġ jew TRIP59,60.Meta mqabbla mal-kampjun S-1, il-kurva stress-strain tal-kampjun S-2 għandha forma konkava f'razza ta 'madwar 10.20%, li jfisser li ż-żlieq normali ta' dislokazzjoni hija l-mod ta 'deformazzjoni prinċipali tal-kampjun f'dan l-istat deformat60,61 .Madankollu, ir-rata ta 'twebbis f'dan il-kampjun tibqa' għolja fuq medda kbira ta 'strain, u f'razez ogħla hija wkoll viżibbli transizzjoni għall-konvessità (għalkemm ma jistax jiġi eskluż li dan huwa dovut għall-falliment ta' tagħbijiet kompressivi lubrikati).).Il-kompożiti C-3 u C-4 għandhom plastiċità limitata biss minħabba l-preżenza ta 'frazzjonijiet ta' volum ogħla ta 'karburi u siliċidi fil-mikrostruttura.It-testijiet tal-kompressjoni ta 'kampjuni ta' komposti C-5 u C-6 ma twettqux minħabba difetti sinifikanti ta 'ikkastjar fuq dawn il-kampjuni ta' komposti (ara Fig. 10).
Stereomicrographs ta' difetti tal-ikkastjar (indikati b'vleġeġ ħomor) f'kampjuni ta' komposti C-5 u C-6.
Ir-riżultati tal-kejl tal-ebusija tal-komposti VEA huma murija fil-Fig.9b.Il-bażi WEA għandha ebusija ta' 130±5 HV, u l-kampjuni S-1, S-2, S-3 u S-4 għandhom valuri ta' ebusija ta' 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV u 755±20 HV.Iż-żieda fl-ebusija kienet fi qbil tajjeb mal-bidla fis-saħħa tal-produzzjoni miksuba mit-testijiet tal-kompressjoni u kienet assoċjata ma 'żieda fl-ammont ta' solidi fil-kompost.Is-saħħa ta' rendiment speċifika kkalkulata bbażata fuq il-kompożizzjoni fil-mira ta' kull kampjun tidher ukoll fil-fig.9b.B'mod ġenerali, l-aħjar kombinazzjoni ta 'saħħa ta' rendiment (1200 MPa), ebusija (275 ± 10 HV), u titwil relattiv għall-falliment (~ 37%) hija osservata għal C-2 kompost.
It-tqabbil tas-saħħa tar-rendiment u t-titwil relattiv tal-kompost żviluppat ma 'materjali ta' klassijiet differenti jidher fil-Fig. 11a.Komposti bbażati fuq CoCrFeNi f'dan l-istudju wrew elongazzjoni għolja fi kwalunkwe livell ta 'tensjoni partikolari62.Wieħed jista 'jara wkoll li l-proprjetajiet tal-komposti HEA żviluppati f'dan l-istudju jinsabu fir-reġjun preċedentement mhux okkupat tal-plott ta' saħħa ta 'rendiment versus elongazzjoni.Barra minn hekk, il-komposti żviluppati għandhom firxa wiesgħa ta 'kombinazzjonijiet ta' saħħa (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa u 2522 MPa) u elongazzjoni (> 60%, 37%, 7.3% u 6.19%).Is-saħħa tar-rendiment hija wkoll fattur importanti fl-għażla ta 'materjali għal applikazzjonijiet ta' inġinerija avvanzata63,64.F'dan ir-rigward, il-komposti HEA ta 'l-invenzjoni preżenti juru taħlita eċċellenti ta' saħħa ta 'rendiment u elongazzjoni.Dan minħabba li ż-żieda ta 'SiC ta' densità baxxa tirriżulta f'komposti b'qawwa ta 'rendiment speċifiku għoli.Is-saħħa ta 'rendiment speċifiku u t-titwil tal-komposti HEA huma fl-istess medda bħal HEA FCC u HEA refrattarja, kif muri fil-Figura 11b.L-ebusija u s-saħħa tal-produzzjoni tal-komposti żviluppati huma fl-istess medda bħal ta 'ħġieġ metalliku massiv65 (Fig. 11c).Nuċċalijiet metalliċi massivi (BMS) huma kkaratterizzati minn ebusija għolja u saħħa ta 'rendiment, iżda t-titwil tagħhom huwa limitat66,67.Madankollu, l-ebusija u s-saħħa tar-rendiment ta 'uħud mill-komposti HEA żviluppati f'dan l-istudju wrew ukoll elongazzjoni sinifikanti.Għalhekk, ġie konkluż li l-komposti żviluppati minn VEA għandhom kombinazzjoni unika u mfittxija ta 'proprjetajiet mekkaniċi għal diversi applikazzjonijiet strutturali.Din il-kombinazzjoni unika ta 'proprjetajiet mekkaniċi tista' tiġi spjegata bit-tixrid uniformi ta 'karburi iebsa ffurmati in situ fil-matriċi FCC HEA.Madankollu, bħala parti mill-għan li tinkiseb kombinazzjoni aħjar ta 'saħħa, bidliet mikrostrutturali li jirriżultaw miż-żieda ta' fażijiet taċ-ċeramika għandhom jiġu studjati u kkontrollati bir-reqqa biex jiġu evitati difetti tal-ikkastjar, bħal dawk misjuba fil-komposti S-5 u S-6, u duttilità.sess.
Ir-riżultati ta 'dan l-istudju tqabblu ma' diversi materjali strutturali u HEAs: (a) it-titwil kontra r-rendiment62, (b) l-istress ta 'rendiment speċifiku kontra d-duttilità63 u (c) is-saħħa ta' rendiment kontra l-ebusija65.
Ġew studjati l-mikrostruttura u l-proprjetajiet mekkaniċi ta 'serje ta' komposti taċ-ċeramika HEA bbażati fuq is-sistema CoCrFeNi HEA biż-żieda ta 'SiC u ġew meħuda l-konklużjonijiet li ġejjin:
Il-komposti ta 'liga ta' entropy għolja jistgħu jiġu żviluppati b'suċċess billi żżid SiC ma 'CoCrFeNi HEA bl-użu tal-metodu tat-tidwib bl-ark.
Is-SiC jiddekomponi waqt it-tidwib bl-ark, li jwassal għall-formazzjoni in situ ta 'fażijiet ta' karbur, siliċidu u grafit, li l-preżenza u l-frazzjoni tal-volum tagħhom jiddependu fuq l-ammont ta 'SiC miżjud mal-HEA bażi.
Il-komposti HEA juru ħafna proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti, bi proprjetajiet li jaqgħu f'żoni mhux okkupati qabel fuq il-qawwa tal-produzzjoni kontra l-plott tat-titwil.Il-qawwa tal-produzzjoni tal-kompost HEA magħmul bl-użu ta '6 wt% SiC kienet aktar minn tmien darbiet dik ta' HEA bażi filwaqt li żammet 37% duttilità.
L-ebusija u s-saħħa tar-rendiment tal-komposti HEA huma fil-firxa ta 'nuċċalijiet metalliċi bl-ingrossa (BMG).
Is-sejbiet jissuġġerixxu li l-komposti ta 'liga b'entropija għolja jirrappreżentaw approċċ promettenti biex tinkiseb kombinazzjoni eċċellenti ta' proprjetajiet mekkaniċi tal-metall għal applikazzjonijiet strutturali avvanzati.
Ħin tal-post: Lulju-12-2023