CoCrFeNi yra gerai ištirtas į veidą nukreiptas kubinis (fcc) aukštos entropijos lydinys (HEA), pasižymintis puikiu lankstumu, bet ribotu stiprumu.Šiame tyrime pagrindinis dėmesys skiriamas tokių HEA stiprumo ir lankstumo balanso gerinimui, pridedant skirtingus SiC kiekius naudojant lankinio lydymosi metodą.Nustatyta, kad chromo buvimas bazinėje HEA sukelia SiC skilimą lydymosi metu.Taigi, dėl laisvos anglies sąveikos su chromu in situ susidaro chromo karbidai, o laisvas silicis lieka tirpale bazinėje HEA ir (arba) sąveikauja su elementais, kurie sudaro bazinę HEA, sudarydamas silicidus.Didėjant SiC kiekiui, mikrostruktūros fazė keičiasi tokia seka: fcc → fcc + eutektinis → fcc + chromo karbido dribsniai → fcc + chromo karbido dribsniai + silicidas → fcc + chromo karbido dribsniai + silicidas + grafito rutuliukai / grafito dribsniai.Gauti kompozitai pasižymi labai įvairiomis mechaninėmis savybėmis (takumo stipris svyruoja nuo 277 MPa, kai pailgėjimas didesnis nei 60 %, iki 2522 MPa, kai pailgėjimas yra 6 %), palyginti su įprastais lydiniais ir didelės entropijos lydiniais.Kai kurie sukurti didelės entropijos kompozitai rodo puikų mechaninių savybių derinį (takumo stipris 1200 MPa, pailgėjimas 37%) ir užima anksčiau nepasiekiamas sritis takumo įtempių ir pailgėjimo diagramoje.Be puikaus pailgėjimo, HEA kompozitų kietumas ir takumo riba yra tame pačiame diapazone kaip ir birių metalinių stiklų.Todėl manoma, kad didelės entropijos kompozitų kūrimas gali padėti pasiekti puikų mechaninių savybių derinį pažangioms konstrukcijoms.
Didelės entropijos lydinių kūrimas yra daug žadanti nauja koncepcija metalurgijoje1,2.Didelės entropijos lydiniai (HEA) daugeliu atvejų parodė puikų fizinių ir mechaninių savybių derinį, įskaitant didelį šiluminį stabilumą3,4 superplastinį pailgėjimą5,6 atsparumą nuovargiui7,8 atsparumą korozijai9,10,11, puikų atsparumą dilimui12,13,14. ,15 ir tribologinės savybės15 ,16,17 net esant aukštai temperatūrai18,19,20,21,22 ir mechaninės savybės žemoje temperatūroje23,24,25.Puikus HEA mechaninių savybių derinys paprastai priskiriamas keturiems pagrindiniams efektams, būtent didelei konfigūracijai26, stipriam gardelės iškraipymui27, lėtai difuzijai28 ir kokteilio efektui29.HEA paprastai skirstomi į FCC, BCC ir HCP tipus.FCC HEA paprastai turi pereinamųjų elementų, tokių kaip Co, Cr, Fe, Ni ir Mn, ir pasižymi puikiu lankstumu (net esant žemai temperatūrai25), tačiau yra mažo stiprumo.BCC HEA paprastai susideda iš didelio tankio elementų, tokių kaip W, Mo, Nb, Ta, Ti ir V, ir turi labai didelį stiprumą, bet mažą plastiškumą ir mažą savitąjį stiprumą30.
Ištirta HEA mikrostruktūrinė modifikacija, pagrįsta apdirbimu, termomechaniniu apdorojimu ir elementų pridėjimu, siekiant gauti geriausią mechaninių savybių derinį.CoCrFeMnNi FCC HEA dėl aukšto slėgio sukimo patiria didelę plastinę deformaciją, dėl kurios žymiai padidėja kietumas (520 HV) ir stiprumas (1950 MPa), tačiau dėl nanokristalinės mikrostruktūros (~50 nm) išsivystymo lydinys tampa trapus31 .Nustatyta, kad dvynių lankstumo (TWIP) ir transformacijos sukelto plastiškumo (TRIP) įtraukimas į CoCrFeMnNi HEA suteikia gerą darbo kietumą, dėl kurio atsiranda didelis tempiamasis plastiškumas, nors ir faktinių tempiamojo stiprio verčių sąskaita.Žemiau (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA sluoksniuotos mikrostruktūros (sudaryto iš plono deformuoto sluoksnio ir nedeformuotos šerdies) susidarymo naudojant šratinį šveitimą, stiprumas padidėjo, tačiau šis pagerėjimas buvo apribotas iki maždaug 700 MPa33.Ieškant medžiagų, turinčių geriausią stiprumo ir lankstumo derinį, taip pat buvo ištirtas daugiafazių HEA ir eutektinių HEA kūrimas naudojant neizoatominių elementų priedus34,35,36,37,38,39,40,41.Iš tiesų, buvo nustatyta, kad smulkesnis kietųjų ir minkštųjų fazių pasiskirstymas eutektiniuose didelės entropijos lydiniuose gali sąlygoti geresnį stiprumo ir lankstumo derinį 35, 38, 42, 43.
CoCrFeNi sistema yra plačiai ištirtas vienfazis FCC aukštos entropijos lydinys.Ši sistema pasižymi greito kietėjimo savybėmis44 ir puikiu lankstumu45,46 tiek žemoje, tiek aukštoje temperatūroje.Buvo atlikti įvairūs bandymai pagerinti jo santykinai mažą stiprumą (~ 300 MPa) 47, 48, įskaitant grūdų rafinavimą , nevienalytę mikrostruktūrą , kritulius 50, 51, 52 ir transformacijos sukeltą plastiškumą (TRIP)53.Grūdelių rafinavimas į liejamą veidą orientuoto kubinio HEA CoCrFeNi šaltuoju tempimu sunkiomis sąlygomis padidina stiprumą nuo maždaug 300 MPa47,48 iki 1,2 GPa25, bet sumažina plastiškumo praradimą nuo daugiau nei 60 % iki 12,6 %.Pridėjus Al į CoCrFeNi HEA, susidarė nevienalytė mikrostruktūra, dėl kurios jos takumo stiprumas padidėjo iki 786 MPa, o santykinis pailgėjimas - iki maždaug 22% .CoCrFeNi HEA buvo pridėta su Ti ir Al, kad susidarytų nuosėdos, taip formuojant kritulių stiprinimą, padidinant jo takumo ribą iki 645 MPa ir pailgėjimą iki 39%51.TRIP mechanizmas (į veidą orientuota kubinė → šešiakampė martensitinė transformacija) ir dvyniai padidino CoCrFeNi HEA tempimo stiprumą iki 841 MPa, o pailgėjimą pertraukoje iki 76%53.
Taip pat buvo bandoma pridėti keramikos armatūrą į HEA paviršių centruotą kubinę matricą, kad būtų sukurti didelės entropijos kompozitai, kurie gali parodyti geresnį stiprumo ir lankstumo derinį.Didelės entropijos kompozitai buvo apdoroti vakuuminiu lankiniu lydymu44, mechaniniu legiravimu45,46,47,48,52,53, kibirkštinio plazminio sukepinimo būdu46,51,52, vakuuminiu karštuoju presavimu45, karštu izostatiniu presavimu47,48 ir priedų gamybos procesų plėtra43, 50.Karbidai, oksidai ir nitridai, tokie kaip WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 ir Y2O351, buvo naudojami kaip keraminė armatūra kuriant HEA kompozitus.Tinkamos HEA matricos ir keramikos pasirinkimas yra ypač svarbus kuriant ir kuriant tvirtą ir patvarų HEA kompozitą.Šiame darbe CoCrFeNi buvo pasirinkta kaip matricinė medžiaga.Į CoCrFeNi HEA buvo pridėta įvairių SiC kiekių ir ištirtas jų poveikis mikrostruktūrai, fazės sudėčiai ir mechaninėms savybėms.
HEA kompozitų kūrimui kaip žaliava buvo naudojami didelio grynumo metalai Co, Cr, Fe ir Ni (99,95 masės %) bei SiC milteliai (grynumas 99%, dydis -400 akių) elementariųjų dalelių pavidalu.Izoatominė CoCrFeNi HEA sudėtis pirmiausia buvo patalpinta į pusrutulio formos vandeniu aušinamą vario formą, o tada kamera evakuota iki 3,10-5 mbar.Didelio grynumo argono dujos įvedamos, kad būtų pasiektas vakuumas, reikalingas lanko lydymui, naudojant nesunaudojamus volframo elektrodus.Gauti luitai apverčiami ir perlydomi penkis kartus, kad būtų užtikrintas geras homogeniškumas.Įvairių kompozicijų didelės entropijos kompozitai buvo paruošti pridedant tam tikrą SiC kiekį į gautus vienodo atomo CoCrFeNi mygtukus, kurie kiekvienu atveju buvo homogenizuoti penkis kartus apverčiant ir perlydant.Iš gauto kompozito suformuotas mygtukas buvo išpjautas naudojant EDM tolesniam bandymui ir apibūdinimui.Mėginiai mikrostruktūros tyrimams buvo paruošti standartiniais metalografijos metodais.Pirmiausia mėginiai buvo ištirti naudojant šviesos mikroskopą (Leica Microscope DM6M) su programine įranga Leica Image Analysis (LAS Phase Expert), kad būtų atlikta kiekybinė fazių analizė.Fazinei analizei buvo atrinkti trys skirtingose vietose padaryti vaizdai, kurių bendras plotas yra apie 27 000 µm2.Kiti išsamūs mikrostruktūriniai tyrimai, įskaitant cheminės sudėties analizę ir elementų pasiskirstymo analizę, buvo atlikti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu (JEOL JSM-6490LA), aprūpintu energijos dispersinės spektroskopijos (EDS) analizės sistema.HEA kompozito kristalinės struktūros apibūdinimas buvo atliktas naudojant rentgeno spindulių difrakcijos sistemą (Bruker D2 fazės keitiklį), naudojant CuKα šaltinį, kurio žingsnio dydis yra 0, 04 °.Mikrostruktūrinių pokyčių įtaka HEA kompozitų mechaninėms savybėms tirta naudojant Vickers mikrokietumo ir gniuždymo testus.Atliekant kietumo bandymą, 15 s veikiama 500 N apkrova, kiekvienam bandiniui atliekant bent 10 įdubimų.HEA kompozitų suspaudimo bandymai kambario temperatūroje buvo atlikti su stačiakampiais pavyzdžiais (7 mm × 3 mm × 3 mm) „Shimadzu 50KN“ universalioje bandymo mašinoje (UTM), esant pradiniam deformacijos greičiui 0, 001 / s.
Didelės entropijos kompozitai, toliau vadinami S-1–S-6 pavyzdžiais, buvo paruošti į CoCrFeNi matricą pridedant 3%, 6%, 9%, 12%, 15% ir 17% SiC (visi pagal masę). .atitinkamai.Etaloninis mėginys, į kurį nebuvo pridėta SiC, toliau vadinamas S-0 mėginiu.Sukurtų HEA kompozitų optinės mikrografijos parodytos Fig.1, kur, pridėjus įvairių priedų, vienfazė CoCrFeNi HEA mikrostruktūra buvo transformuota į mikrostruktūrą, susidedančią iš daugybės fazių, turinčių skirtingą morfologiją, dydžius ir pasiskirstymą.SiC kiekis kompozicijoje.Kiekvienos fazės kiekis buvo nustatytas iš vaizdo analizės naudojant LAS Phase Expert programinę įrangą.1 paveiksle (viršutiniame dešiniajame) parodytas šios analizės srities pavyzdys, taip pat kiekvienos fazės komponento ploto dalis.
Sukurtų aukštos entropijos kompozitų optinės mikrografijos: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ir (f) C- 6.Įdėkle parodytas kontrastu pagrįstos vaizdo fazės analizės rezultatų pavyzdys naudojant LAS Phase Expert programinę įrangą.
Kaip parodyta pav.1a, eutektinė mikrostruktūra, susidariusi tarp C-1 kompozito matricos tūrių, kur matricos ir eutektinių fazių kiekis yra atitinkamai 87,9 ± 0,47% ir 12,1% ± 0,51%.1b pav. pavaizduotame kompozite (C-2) kietėjimo metu nėra eutektinės reakcijos požymių, pastebima visiškai kitokia nei C-1 kompozito mikrostruktūra.C-2 kompozito mikrostruktūra yra gana smulki ir susideda iš plonų plokštelių (karbidų), tolygiai paskirstytų matricos fazėje (fcc).Apskaičiuota, kad matricos ir karbido tūrinės dalys yra atitinkamai 72 ± 1,69 % ir 28 ± 1,69 %.Be matricos ir karbido, C-3 kompozite buvo rasta nauja fazė (silicidas), kaip parodyta 1c pav., kur tokių silicido, karbido ir matricos fazių tūrinės dalys yra maždaug 26,5 % ± atitinkamai 0,41%, 25,9 ± 0,53 ir 47,6 ± 0,34.C-4 kompozito mikrostruktūroje pastebėta ir kita nauja fazė (grafitas);iš viso buvo nustatytos keturios fazės.Grafito fazė turi ryškią rutulinę formą su tamsiu kontrastu optiniuose vaizduose ir yra tik nedideliais kiekiais (apskaičiuota tūrio dalis yra tik apie 0,6 ± 0,30%).Kompozituose C-5 ir C-6 buvo nustatytos tik trys fazės, o tamsiai kontrastinga grafito fazė šiuose kompozituose pasirodo dribsnių pavidalu.Palyginti su kompozito S-5 grafito dribsniais, kompozito S-6 grafito dribsniai yra platesni, trumpesni ir taisyklingesni.Taip pat buvo pastebėtas atitinkamas grafito kiekio padidėjimas nuo 14,9 ± 0,85 % C-5 kompozite iki maždaug 17,4 ± 0,55 % C-6 kompozite.
Norint toliau tirti išsamią kiekvienos HEA kompozito fazės mikrostruktūrą ir cheminę sudėtį, mėginiai buvo tiriami naudojant SEM, taip pat buvo atlikta EMF taškų analizė ir cheminis kartografavimas.Kompozito C-1 rezultatai parodyti fig.2, kur aiškiai matomas eutektinių mišinių, skiriančių pagrindinės matricos fazės sritis, buvimas.Kompozito C-1 cheminis žemėlapis parodytas 2c pav., kur matyti, kad Co, Fe, Ni ir Si yra tolygiai pasiskirstę matricos fazėje.Tačiau matricos fazėje buvo rastas nedidelis Cr kiekis, palyginti su kitais bazinės HEA elementais, o tai rodo, kad Cr išsisklaidė iš matricos.SEM vaizdo baltos eutektinės fazės sudėtyje yra daug chromo ir anglies, o tai rodo, kad tai yra chromo karbidas.Tai, kad mikrostruktūroje nėra atskirų SiC dalelių, kartu su pastebėtu mažu chromo kiekiu matricoje ir eutektinių mišinių, kuriuose yra daug chromo turinčių fazių, buvimas rodo visišką SiC skilimą lydymosi metu.Dėl SiC skilimo silicis ištirpsta matricos fazėje, o laisva anglis sąveikauja su chromu, sudarydama chromo karbidus.Kaip matyti, EMF metodu buvo kokybiškai nustatyta tik anglis, o fazių susidarymas patvirtintas identifikavus charakteringas karbido smailes rentgeno spindulių difrakcijos modeliuose.
(a) S-1 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
Kompozito C-2 analizė parodyta fig.3. Panašiai kaip ir optinėje mikroskopijoje, SEM tyrimas atskleidė smulkią struktūrą, sudarytą tik iš dviejų fazių, o plona sluoksninė fazė yra tolygiai paskirstyta visoje struktūroje.matricos fazė, o eutektinės fazės nėra.Elementų pasiskirstymo ir lamelinės fazės EMF taškų analizė atskleidė santykinai didelį Cr (geltonos) ir C (žalios spalvos) kiekį šioje fazėje, o tai vėlgi rodo SiC skilimą lydymosi metu ir išsiskiriančios anglies sąveiką su chromo efektu. .VEA matrica sudaro sluoksninę karbido fazę.Elementų pasiskirstymas ir matricos fazės taškinė analizė parodė, kad daugiausia kobalto, geležies, nikelio ir silicio yra matricos fazėje.
(a) S-2 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
C-3 kompozitų SEM tyrimai atskleidė, kad be karbido ir matricos fazių yra naujų fazių.Elementų žemėlapis (4c pav.) ir EML taškų analizė (4d pav.) rodo, kad naujoje fazėje gausu nikelio, kobalto ir silicio.
(a) S-3 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
C-4 kompozito SEM ir EMF analizės rezultatai parodyti Fig.5. Be trijų fazių, pastebėtų kompozite C-3, taip pat buvo rasta grafito mazgų.Silicio turtingos fazės tūrinė dalis taip pat yra didesnė nei kompozito C-3.
(a) S-4 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
Kompozitų S-5 ir S-6 SEM ir EMF spektrų rezultatai parodyti atitinkamai 1 ir 2 paveiksluose. 6 ir 7 pav.Be nedidelio skaičiaus sferų, taip pat buvo pastebėta grafito dribsnių.Tiek grafito dribsnių skaičius, tiek silicio turinčios fazės tūrio dalis kompozite C-6 yra didesni nei kompozite C-5.
(a) C-5 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
(a) S-6 pavyzdžio SEM vaizdas, (b) padidintas vaizdas, (c) elementų žemėlapis, (d) EML rezultatai nurodytose vietose.
HEA kompozitų kristalinės struktūros apibūdinimas taip pat buvo atliktas naudojant XRD matavimus.Rezultatas parodytas 8 paveiksle. Pagrindo WEA difrakcijos schemoje (S-0) matomos tik smailės, atitinkančios fcc fazę.Kompozitų C-1, C-2 ir C-3 rentgeno spindulių difrakcijos modeliai atskleidė papildomų smailių, atitinkančių chromo karbidą (Cr7C3), buvimą, o jų intensyvumas buvo mažesnis C-3 ir C-4 mėginiuose, o tai rodo. kad taip pat su šių pavyzdžių EML duomenimis.S-3 ir S-4 mėginiuose buvo stebimos smailės, atitinkančios Co/Ni silicidus, ir vėl atitinka EDS kartografavimo rezultatus, parodytus 2 ir 3 paveiksluose. Kaip parodyta 3 ir 4 paveiksluose. atitinkantis grafitą.
Tiek mikrostruktūrinės, tiek kristalografinės sukurtų kompozitų charakteristikos parodė pridėto SiC skilimą.Taip yra dėl to, kad VEA matricoje yra chromo.Chromas turi labai stiprų afinitetą anglies 54,55 ir reaguoja su laisva anglimi, sudarydamas karbidus, kaip rodo pastebėtas chromo kiekio matricoje sumažėjimas.Si pereina į fcc fazę dėl SiC56 disociacijos.Taigi, padidinus SiC priedą į bazinę HEA, padidėjo karbido fazės kiekis ir laisvojo Si kiekis mikrostruktūroje.Nustatyta, kad šis papildomas Si nusėda matricoje esant mažoms koncentracijoms (kompozituose S-1 ir S-2), o esant didesnėms koncentracijoms (kompozituose nuo S-3 iki S-6) atsiranda papildomas kobalto nusodinimas/.nikelio silicidas.Standartinė Co ir Ni silicidų susidarymo entalpija, gauta tiesioginės sintezės aukštos temperatūros kalorimetrijos būdu, yra -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 atitinkamai Co2Si, CoSi ir CoSi2, o šie Ni2Si ir Ni5Si2 vertės yra atitinkamai – 50,6 ± 1,7 ir – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157.Šios vertės yra mažesnės nei SiC susidarymo šiluma, o tai rodo, kad SiC disociacija, dėl kurios susidaro Co/Ni silicidai, yra energetiškai palanki.Tiek S-5, tiek S-6 kompozituose buvo papildomo laisvo silicio, kuris buvo absorbuojamas nesusidarant silicidui.Nustatyta, kad šis laisvas silicis prisideda prie įprastų plienų grafitizacijos58.
Sukurtų keramika armuotų kompozitų mechaninės savybės HEA pagrindu tiriamos gniuždymo ir kietumo bandymais.Sukurtų kompozitų įtempių ir deformacijų kreivės parodytos Fig.9a, o 9b pav. parodyta sklaidos diagrama tarp sukurtų kompozitų specifinės takumo ribos, takumo ribos, kietumo ir pailgėjimo.
a) gniuždomosios deformacijos kreivės ir b) sklaidos diagramos, rodančios specifinį takumo įtempį, takumo ribą, kietumą ir pailgėjimą.Atkreipkite dėmesį, kad rodomi tik S-0–S-4 pavyzdžiai, nes bandiniuose S-5 ir S-6 yra reikšmingų liejimo defektų.
Kaip matyti pav.9, takumo riba padidėjo nuo 136 MPa pagrindiniam VES (C-0) iki 2522 MPa C-4 kompozitui.Palyginti su pagrindiniu WPP, S-2 kompozitas parodė labai gerą pailgėjimą iki gedimo apie 37%, taip pat parodė žymiai didesnes takumo ribas (1200 MPa).Puikus šio kompozito stiprumo ir lankstumo derinys yra dėl bendros mikrostruktūros pagerėjimo, įskaitant tolygų smulkių karbido lamelių pasiskirstymą visoje mikrostruktūroje, o tai, kaip tikimasi, slopins dislokacijos judėjimą.C-3 ir C-4 kompozitų takumo riba yra atitinkamai 1925 MPa ir 2522 MPa.Šias aukštas takumo ribas galima paaiškinti didele cementuoto karbido ir silicido fazių tūrio dalimi.Tačiau dėl šių fazių trūkimo pailgėjimas buvo tik 7%.Bazinių kompozitų CoCrFeNi HEA (S-0) ir S-1 įtempių ir deformacijų kreivės yra išgaubtos, o tai rodo dvynių efekto arba TRIP59,60 aktyvavimą.Palyginti su pavyzdžiu S-1, pavyzdžio S-2 įtempių ir deformacijų kreivė yra įgaubta, kai deformacija yra apie 10,20%, o tai reiškia, kad normalus dislokacijos slydimas yra pagrindinis mėginio deformacijos būdas šioje deformuotoje būsenoje60, 61 .Tačiau šio bandinio kietėjimo greitis išlieka didelis dideliame deformacijų diapazone, o esant didesnėms deformacijoms, taip pat matomas perėjimas prie išgaubimo (nors negalima atmesti, kad tai yra dėl suteptų gniuždomųjų apkrovų gedimo).).Kompozitai C-3 ir C-4 turi tik ribotą plastiškumą, nes mikrostruktūroje yra didesnės karbidų ir silicidų frakcijos.Kompozitų C-5 ir C-6 mėginių suspaudimo bandymai nebuvo atlikti dėl reikšmingų šių kompozitų pavyzdžių liejimo defektų (žr. 10 pav.).
Kompozitų C-5 ir C-6 pavyzdžiuose liejimo defektų stereomikrografai (pažymėti raudonomis rodyklėmis).
VEA kompozitų kietumo matavimo rezultatai parodyti Fig.9b.Pagrindo WEA kietumas yra 130±5 HV, o bandinių S-1, S-2, S-3 ir S-4 kietumo vertės yra 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV ir 755±20 HV.Kietumo padidėjimas gerai sutapo su takumo ribos pokyčiu, gautu atliekant suspaudimo bandymus, ir buvo susijęs su kietųjų medžiagų kiekio padidėjimu kompozite.Apskaičiuota specifinė takumo riba, pagrįsta kiekvieno mėginio tiksline sudėtimi, taip pat parodyta fig.9b.Apskritai geriausias takumo ribos (1200 MPa), kietumo (275 ± 10 HV) ir santykinio pailgėjimo iki gedimo (~37%) derinys stebimas kompozitui C-2.
Sukurto kompozito takumo ribos ir santykinio pailgėjimo palyginimas su skirtingų klasių medžiagomis parodytas 11a pav.Šiame tyrime CoCrFeNi pagrindu pagaminti kompozitai parodė didelį pailgėjimą esant bet kokiam įtempimo lygiui62.Taip pat galima pastebėti, kad šiame tyrime sukurtų HEA kompozitų savybės yra anksčiau neužimtoje takumo stiprumo ir pailgėjimo diagramos srityje.Be to, sukurti kompozitai turi platų stiprumo (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa ir 2522 MPa) ir pailgėjimo (>60%, 37%, 7,3% ir 6,19%) derinių spektrą.Takumo stipris taip pat yra svarbus veiksnys renkantis medžiagas pažangioms inžinerinėms reikmėms63,64.Šiuo atžvilgiu šio išradimo HEA kompozitai pasižymi puikiu takumo stiprumo ir pailgėjimo deriniu.Taip yra todėl, kad pridėjus mažo tankio SiC gaunami kompozitai, turintys didelę specifinę takumo ribą.HEA kompozitų savitoji takumo riba ir pailgėjimas yra tame pačiame diapazone kaip HEA FCC ir ugniai atsparios HEA, kaip parodyta 11b pav.Sukurtų kompozitų kietumas ir takumo riba yra tame pačiame diapazone kaip ir masyvių metalinių stiklų65 (11c pav.).Masyvūs metaliniai stiklai (BMS) pasižymi dideliu kietumu ir takumo riba, tačiau jų pailgėjimas yra ribotas66,67.Tačiau kai kurių šiame tyrime sukurtų HEA kompozitų kietumas ir takumo stiprumas taip pat parodė didelį pailgėjimą.Taigi buvo padaryta išvada, kad VEA sukurti kompozitai turi unikalų ir pageidaujamą mechaninių savybių derinį įvairioms konstrukcijoms.Šis unikalus mechaninių savybių derinys gali būti paaiškintas vienoda kietųjų karbidų, susidarančių in situ, dispersija FCC HEA matricoje.Tačiau, siekiant geresnio stiprumo derinio, mikrostruktūriniai pokyčiai, atsirandantys dėl keraminių fazių pridėjimo, turi būti atidžiai ištirti ir kontroliuojami, kad būtų išvengta liejimo defektų, tokių kaip S-5 ir S-6 kompozituose, ir plastiškumas.Lytis.
Šio tyrimo rezultatai buvo lyginami su įvairiomis struktūrinėmis medžiagomis ir HEA: (a) pailgėjimas ir takumo riba62, (b) savitasis takumo įtempis ir plastiškumas63 ir (c) takumo riba ir kietumas65.
Buvo ištirta HEA-keraminių kompozitų serijos, pagrįstos HEA CoCrFeNi sistema su SiC, mikrostruktūra ir mechaninės savybės ir padarytos šios išvados:
Aukštos entropijos lydinio kompozitai gali būti sėkmingai sukurti pridedant SiC į CoCrFeNi HEA naudojant lanko lydymosi metodą.
SiC skyla lanko lydymosi metu, todėl in situ susidaro karbido, silicido ir grafito fazės, kurių buvimas ir tūrinė dalis priklauso nuo SiC kiekio, pridedamo prie bazinės HEA.
HEA kompozitai pasižymi daugybe puikių mechaninių savybių, kurių savybės patenka į anksčiau neužimtas sritis takumo stiprumo ir pailgėjimo diagramoje.HEA kompozito, pagaminto naudojant 6 masės % SiC, takumo riba buvo daugiau nei aštuonis kartus didesnė už bazinės HEA, išlaikant 37 % elastingumą.
HEA kompozitų kietumas ir takumo riba priklauso birių metalinių stiklų (BMG) diapazonui.
Išvados rodo, kad aukštos entropijos lydinio kompozitai yra perspektyvus būdas pasiekti puikų metalo mechaninių savybių derinį pažangioms konstrukcijoms.
Paskelbimo laikas: 2023-07-12