CoCrFeNi is 'n goed bestudeerde gesiggesentreerde kubieke (fcc) hoë-entropie-legering (HEA) met uitstekende rekbaarheid maar beperkte sterkte. Die fokus van hierdie studie is op die verbetering van die balans van sterkte en rekbaarheid van sulke HEA's deur verskillende hoeveelhede SiC by te voeg deur die boogsmeltmetode te gebruik. Daar is vasgestel dat die teenwoordigheid van chroom in die basis HEA die ontbinding van SiC tydens smelt veroorsaak. Die interaksie van vrye koolstof met chroom lei dus tot die in situ vorming van chroomkarbiede, terwyl vry silikon in oplossing in die basis-HEA bly en/of in wisselwerking tree met die elemente waaruit die basis-HEA bestaan om silicides te vorm. Soos die SiC-inhoud toeneem, verander die mikrostruktuurfase in die volgende volgorde: fcc → fcc + eutektiese → fcc + chroomkarbiedvlokkies → fcc + chroomkarbiedvlokkies + silicide → fcc + chroomkarbiedvlokkies + silicide + grafietballetjies / grafietvlokkies. Die resulterende komposiete vertoon 'n baie wye reeks meganiese eienskappe (opbrengsterkte wat wissel van 277 MPa by meer as 60% verlenging tot 2522 MPa by 6% verlenging) in vergelyking met konvensionele legerings en hoë entropie-legerings. Sommige van die hoë entropie komposiete wat ontwikkel is, toon 'n uitstekende kombinasie van meganiese eienskappe (vloeisterkte 1200 MPa, verlenging 37%) en beslaan voorheen onbereikbare streke op die vloeispanning-verlengingsdiagram. Benewens merkwaardige verlenging, is die hardheid en vloeisterkte van HEA-komposiete in dieselfde reeks as grootmaat metaalglase. Daarom word geglo dat die ontwikkeling van hoë-entropie-komposiete kan help om 'n uitstekende kombinasie van meganiese eienskappe vir gevorderde strukturele toepassings te bereik.
Die ontwikkeling van hoë-entropie-legerings is 'n belowende nuwe konsep in metallurgie1,2. Hoë-entropie-legerings (HEA) het in 'n aantal gevalle 'n uitstekende kombinasie van fisiese en meganiese eienskappe getoon, insluitend hoë termiese stabiliteit3,4 superplastiese verlenging5,6 moegheidsweerstand7,8 korrosiebestandheid9,10,11, uitstekende slytasieweerstand12,13,14 ,15 en tribologiese eienskappe15 ,16,17 selfs by hoë temperature18,19,20,21,22 en meganiese eienskappe by lae temperature23,24,25. Die uitstekende kombinasie van meganiese eienskappe in HEA word gewoonlik aan vier hoofeffekte toegeskryf, naamlik hoë konfigurasie-entropie26, sterk roostervervorming27, stadige diffusie28 en skemerkelkie-effek29. HEA's word gewoonlik geklassifiseer as FCC-, BCC- en HCP-tipes. FCC HEA bevat tipies oorgangselemente soos Co, Cr, Fe, Ni en Mn en vertoon uitstekende rekbaarheid (selfs by lae temperatuur25) maar lae sterkte. BCC HEA is gewoonlik saamgestel uit hoëdigtheid elemente soos W, Mo, Nb, Ta, Ti en V en het baie hoë sterkte maar lae rekbaarheid en lae spesifieke sterkte30.
Die mikrostrukturele modifikasie van HEA gebaseer op bewerking, termomeganiese verwerking en die byvoeging van elemente is ondersoek om die beste kombinasie van meganiese eienskappe te verkry. CoCrFeMnNi FCC HEA word onderworpe aan erge plastiese vervorming deur hoëdruktorsie, wat lei tot 'n aansienlike toename in hardheid (520 HV) en sterkte (1950 MPa), maar die ontwikkeling van 'n nanokristallyne mikrostruktuur (~50 nm) maak die legering bros31 . Daar is gevind dat die inkorporering van tweeling-rekbaarheid (TWIP) en transformasie-geïnduseerde plastisiteit (TRIP) in CoCrFeMnNi HEAs goeie werkverhardbaarheid verleen wat lei tot hoë trekrekbaarheid, alhoewel ten koste van werklike treksterktewaardes. Onder (1124 MPa) 32. Die vorming van 'n gelaagde mikrostruktuur (bestaande uit 'n dun vervormde laag en 'n onvervormde kern) in die CoCrFeMnNi HEA deur gebruik te maak van skootpen het 'n toename in sterkte tot gevolg gehad, maar hierdie verbetering is beperk tot ongeveer 700 MPa33. Op soek na materiale met die beste kombinasie van sterkte en smeebaarheid, is die ontwikkeling van multifase-HEA's en eutektiese HEA's deur byvoegings van nie-isoatomiese elemente ook ondersoek34,35,36,37,38,39,40,41. Daar is inderdaad gevind dat 'n fyner verspreiding van harde en sagte fases in eutektiese hoë-entropie-legerings kan lei tot 'n relatief beter kombinasie van sterkte en rekbaarheid35,38,42,43.
Die CoCrFeNi-stelsel is 'n wyd bestudeerde enkelfase FCC hoë-entropie legering. Hierdie stelsel vertoon vinnige werkverhardingseienskappe44 en uitstekende rekbaarheid45,46 by beide lae en hoë temperature. Verskeie pogings is aangewend om sy relatief lae sterkte (~300 MPa)47,48 te verbeter, insluitende graanverfyning25, heterogene mikrostruktuur49, neerslag50,51,52 en transformasie-geïnduseerde plastisiteit (TRIP)53. Korrelverfyning van gegote vlakgesentreerde kubieke HEA CoCrFeNi deur kouetrek onder strawwe toestande verhoog die sterkte van ongeveer 300 MPa47.48 tot 1.2 GPa25, maar verminder die verlies aan rekbaarheid van meer as 60% tot 12.6%. Die byvoeging van Al tot die HEA van CoCrFeNi het gelei tot die vorming van 'n heterogene mikrostruktuur, wat sy opbrengssterkte tot 786 MPa verhoog het en sy relatiewe verlenging tot ongeveer 22%49. CoCrFeNi HEA is saam met Ti en Al bygevoeg om neerslae te vorm, waardeur presipitasieversterking gevorm word, wat sy opbrengssterkte tot 645 MPa en verlenging tot 39%51 verhoog het. Die TRIP-meganisme (gesiggesentreerde kubieke → heksaëdriese martensitiese transformasie) en tweeling het die treksterkte van CoCrFeNi HEA tot 841 MPa en verlenging by breek tot 76%53 verhoog.
Pogings is ook aangewend om keramiekversterking by die HEA-vlakgesentreerde kubieke matriks te voeg om hoë entropie-komposiete te ontwikkel wat 'n beter kombinasie van sterkte en rekbaarheid kan vertoon. Komposiete met hoë entropie is verwerk deur vakuumboogsmelting44, meganiese legering45,46,47,48,52,53, vonkplasmasintering46,51,52, vakuum warmpers45, warm isostatiese pers47,48 en die ontwikkeling van additiewe vervaardigingsprosesse43, 50. Karbiede, oksiede en nitriede soos WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 en Y2O351 is gebruik as keramiekversterking in die ontwikkeling van HEA-komposiete. Die keuse van die regte HEA-matriks en keramiek is veral belangrik wanneer 'n sterk en duursame HEA-komposiet ontwerp en ontwikkel word. In hierdie werk is CoCrFeNi as die matriksmateriaal gekies. Verskeie hoeveelhede SiC is by die CoCrFeNi HEA gevoeg en die effek daarvan op die mikrostruktuur, fasesamestelling en meganiese eienskappe is bestudeer.
Hoë-suiwer metale Co, Cr, Fe, en Ni (99.95 gew.%) en SiC poeier (suiwerheid 99%, grootte -400 mesh) in die vorm van elementêre deeltjies is as grondstowwe gebruik vir die skepping van HEA komposiete. Die isoatomiese samestelling van die CoCrFeNi HEA is eers in 'n hemisferiese waterverkoelde kopervorm geplaas, en daarna is die kamer ontruim tot 3·10-5 mbar. Hoë suiwer argongas word ingebring om die vakuum te bereik wat benodig word vir boogsmelting met nie-verbruikbare wolframelektrodes. Die resulterende blokke word omgekeer en vyf keer hersmelt om goeie homogeniteit te verseker. Hoë-entropie-samestellings van verskillende samestellings is voorberei deur 'n sekere hoeveelheid SiC by die resulterende ekwiatomiese CoCrFeNi-knoppies te voeg, wat hergehomogeniseer is deur vyfvoudige inversie en hersmelting in elke geval. Die gevormde knoppie van die resulterende samestelling is met EDM gesny vir verdere toetsing en karakterisering. Monsters vir mikrostrukturele studies is volgens standaard metallografiese metodes voorberei. Eerstens is die monsters ondersoek met behulp van 'n ligmikroskoop (Leica Microscope DM6M) met die sagteware Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) vir kwantitatiewe fase-analise. Drie beelde geneem in verskillende gebiede met 'n totale oppervlakte van ongeveer 27 000 µm2 is gekies vir fase-analise. Verdere gedetailleerde mikrostrukturele studies, insluitend chemiese samestelling analise en element verspreiding analise, is uitgevoer op 'n skandeerelektron mikroskoop (JEOL JSM-6490LA) toegerus met 'n energie dispersiewe spektroskopie (EDS) analise stelsel. Die karakterisering van die kristalstruktuur van die HEA-komposiet is uitgevoer deur gebruik te maak van 'n X-straaldiffraksie sisteem (Bruker D2 faseverskuiwer) met behulp van 'n CuKα bron met 'n stapgrootte van 0.04°. Die effek van mikrostrukturele veranderinge op die meganiese eienskappe van HEA-komposiete is bestudeer met behulp van Vickers mikrohardheidstoetse en kompressietoetse. Vir die hardheidstoets word 'n las van 500 N vir 15 s toegepas deur ten minste 10 inkepings per monster te gebruik. Kompressietoetse van HEA-komposiete by kamertemperatuur is uitgevoer op reghoekige monsters (7 mm × 3 mm × 3 mm) op 'n Shimadzu 50KN universele toetsmasjien (UTM) teen 'n aanvanklike vervormingstempo van 0.001/s.
Hoë-entropie-samestellings, hierna verwys as monsters S-1 tot S-6, is voorberei deur 3%, 6%, 9%, 12%, 15% en 17% SiC (alles volgens gewig%) by 'n CoCrFeNi-matriks te voeg . onderskeidelik. Die verwysingsmonster waarby geen SiC gevoeg is, word hierna na verwys as monster S-0. Optiese mikrograwe van die ontwikkelde HEA-komposiete word in Fig. 1, waar, as gevolg van die byvoeging van verskeie bymiddels, die enkelfase mikrostruktuur van die CoCrFeNi HEA omskep is in 'n mikrostruktuur wat bestaan uit baie fases met verskillende morfologie, groottes en verspreiding. Die hoeveelheid SiC in die samestelling. Die hoeveelheid van elke fase is bepaal uit beeldanalise met behulp van LAS Phase Expert sagteware. Die insetsel by Figuur 1 (regs bo) toon 'n voorbeeldarea vir hierdie analise, sowel as die oppervlaktefraksie vir elke fasekomponent.
Optiese mikrograwe van die ontwikkelde hoë-entropie-komposiete: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 en (f) C- 6. Die insetsel toon 'n voorbeeld van kontras-gebaseerde beeldfase-analise resultate met behulp van die LAS Phase Expert sagteware.
Soos in fig. 1a, 'n eutektiese mikrostruktuur wat gevorm word tussen die matriksvolumes van die C-1 saamgestelde, waar die hoeveelheid van die matriks en eutektiese fases geskat word as 87.9 ± 0.47% en 12.1% ± 0.51%, onderskeidelik. In die saamgestelde (C-2) wat in Fig. 1b getoon word, is daar geen tekens van 'n eutektiese reaksie tydens stolling nie, en 'n mikrostruktuur heeltemal anders as dié van die C-1-komposiet word waargeneem. Die mikrostruktuur van die C-2-komposiet is relatief fyn en bestaan uit dun plate (karbiede) wat eenvormig in die matriksfase (fcc) versprei is. Die volumefraksies van die matriks en karbied word onderskeidelik op 72 ± 1.69% en 28 ± 1.69% geskat. Benewens die matriks en karbied, is 'n nuwe fase (silicide) in die C-3-komposiet gevind, soos getoon in Fig. 1c, waar die volumefraksies van sulke silicied-, karbied- en matriksfases op ongeveer 26,5% ± geskat word. 0,41%, 25,9 ± 0,53 en 47,6 ± 0,34, onderskeidelik. Nog 'n nuwe fase (grafiet) is ook waargeneem in die mikrostruktuur van die C-4-komposiet; 'n totaal van vier fases is geïdentifiseer. Die grafietfase het 'n duidelike bolvormige vorm met donker kontras in optiese beelde en is slegs in klein hoeveelhede teenwoordig (geskatte volumefraksie is slegs ongeveer 0,6 ± 0,30%). In komposiete C-5 en C-6 is slegs drie fases geïdentifiseer, en die donker kontrasterende grafietfase in hierdie komposiete verskyn in die vorm van vlokkies. In vergelyking met die grafietvlokkies in Composite S-5, is die grafietvlokkies in Composite S-6 wyer, korter en meer gereeld. 'n Ooreenstemmende toename in grafietinhoud is ook waargeneem vanaf 14.9 ± 0.85% in die C-5-komposiet tot ongeveer 17.4 ± 0.55% in die C-6-komposiet.
Om die gedetailleerde mikrostruktuur en chemiese samestelling van elke fase in die HEA-samestelling verder te ondersoek, is monsters met behulp van SEM ondersoek, en EMF-puntanalise en chemiese kartering is ook uitgevoer. Die resultate vir saamgestelde C-1 word in fig. 2, waar die teenwoordigheid van eutektiese mengsels wat die streke van die hoofmatriksfase skei duidelik gesien word. Die chemiese kaart van saamgestelde C-1 word in Fig. 2c getoon, waar dit gesien kan word dat Co, Fe, Ni en Si eenvormig versprei is in die matriksfase. 'n Klein hoeveelheid Cr is egter in die matriksfase gevind in vergelyking met ander elemente van die basis HEA, wat daarop dui dat Cr uit die matriks diffundeer het. Die samestelling van die wit eutektiese fase in die SEM-beeld is ryk aan chroom en koolstof, wat aandui dat dit chroomkarbied is. Die afwesigheid van diskrete SiC-deeltjies in die mikrostruktuur, gekombineer met die waargenome lae inhoud van chroom in die matriks en die teenwoordigheid van eutektiese mengsels wat chroomryke fases bevat, dui op die volledige ontbinding van SiC tydens smelting. As gevolg van die ontbinding van SiC, los silikon in die matriksfase op, en vrye koolstof tree in wisselwerking met chroom om chroomkarbiede te vorm. Soos gesien kan word, is slegs koolstof kwalitatief bepaal deur die EMF metode, en die fasevorming is bevestig deur die identifikasie van kenmerkende karbiedpieke in die X-straaldiffraksiepatrone.
(a) SEM-beeld van monster S-1, (b) vergrote beeld, (c) elementkaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
Die ontleding van saamgestelde C-2 word in fig. 3. Soortgelyk aan die voorkoms in optiese mikroskopie, het SEM-ondersoek 'n fyn struktuur aan die lig gebring wat uit slegs twee fases bestaan, met die teenwoordigheid van 'n dun lamellêre fase wat eweredig deur die struktuur versprei is. matriksfase, en daar is geen eutektiese fase nie. Die elementverspreiding en EMK-puntanalise van die lamellêre fase het 'n relatief hoë inhoud van Cr (geel) en C (groen) in hierdie fase aan die lig gebring, wat weereens die ontbinding van SiC tydens smelt en die interaksie van die vrygestelde koolstof met die chroomeffek aandui . Die VEA-matriks vorm 'n lamellêre karbiedfase. Die verspreiding van elemente en puntanalise van die matriksfase het getoon dat die meeste van die kobalt, yster, nikkel en silikon in die matriksfase teenwoordig is.
(a) SEM-beeld van monster S-2, (b) vergrote beeld, (c) elementkaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
SEM-studies van C-3-komposiete het die teenwoordigheid van nuwe fases bykomend tot die karbied- en matriksfases aan die lig gebring. Die elementêre kaart (Fig. 4c) en EMF-puntanalise (Fig. 4d) toon dat die nuwe fase ryk is aan nikkel, kobalt en silikon.
(a) SEM-beeld van monster S-3, (b) vergrote beeld, (c) elementkaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
Die resultate van die SEM- en EMF-analise van die C-4-samestelling word in Fig. 5. Benewens die drie fases wat in saamgestelde C-3 waargeneem is, is die teenwoordigheid van grafietnodules ook gevind. Die volumefraksie van die silikonryke fase is ook hoër as dié van die C-3-komposiet.
(a) SEM-beeld van monster S-4, (b) vergrote beeld, (c) elementkaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
Die resultate van die SEM- en EMF-spektra van komposiete S-5 en S-6 word onderskeidelik in Figuur 1 en 2. 6 en 7 getoon. Benewens 'n klein aantal sfere, is die teenwoordigheid van grafietvlokkies ook waargeneem. Beide die aantal grafietvlokkies en die volumefraksie van die silikonbevattende fase in die C-6-komposiet is groter as in die C-5-komposiet.
(a) SEM-beeld van monster C-5, (b) vergrote aansig, (c) elementêre kaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
(a) SEM-beeld van monster S-6, (b) vergrote beeld, (c) elementkaart, (d) EMF-resultate by aangeduide plekke.
Kristalstruktuur karakterisering van HEA komposiete is ook uitgevoer met behulp van XRD metings. Die resultaat word in Figuur 8 getoon. In die diffraksiepatroon van die basis WEA (S-0) is slegs die pieke wat met die fcc-fase ooreenstem, sigbaar. X-straaldiffraksiepatrone van komposiete C-1, C-2 en C-3 het die teenwoordigheid van bykomende pieke geopenbaar wat ooreenstem met chroomkarbied (Cr7C3), en hul intensiteit was laer vir monsters C-3 en C-4, wat aangedui het dit ook met die data EMF vir hierdie monsters. Pieke wat ooreenstem met Co/Ni silicides is waargeneem vir monsters S-3 en S-4, weer in ooreenstemming met die EDS kartering resultate wat in Figuur 2 en 3. Soos getoon in Figuur 3 en Figuur 4. 5 en S-6 pieke is waargeneem. ooreenstem met grafiet.
Beide mikrostrukturele en kristallografiese eienskappe van die ontwikkelde komposiete het ontbinding van die bygevoegde SiC aangedui. Dit is as gevolg van die teenwoordigheid van chroom in die VEA-matriks. Chroom het 'n baie sterk affiniteit vir koolstof 54.55 en reageer met vrye koolstof om karbiede te vorm, soos aangedui deur die waargenome afname in die chroominhoud van die matriks. Si gaan oor in die fcc-fase as gevolg van die dissosiasie van SiC56. Dus het 'n toename in die byvoeging van SiC tot die basis HEA gelei tot 'n toename in die hoeveelheid van die karbiedfase en die hoeveelheid vry Si in die mikrostruktuur. Daar is gevind dat hierdie addisionele Si teen lae konsentrasies (in samestellings S-1 en S-2) in die matriks neergelê word, terwyl dit by hoër konsentrasies (samestellings S-3 tot S-6) addisionele kobaltafsetting tot gevolg het. nikkel silicide. Die standaardentalpie van vorming van Co- en Ni-silisiede, verkry deur direkte sintese hoë-temperatuur-kalorimetrie, is -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 vir onderskeidelik Co2Si, CoSi en CoSi2, terwyl hierdie waardes is – 50,6 ± 1,7 en – 45,1 ± 1.4 kJ mol-157 vir Ni2Si en Ni5Si2, onderskeidelik. Hierdie waardes is laer as die hitte van vorming van SiC, wat aandui dat die dissosiasie van SiC wat lei tot die vorming van Co/Ni silicides energeties gunstig is. In beide S-5 en S-6 komposiete was addisionele vry silikon teenwoordig, wat geabsorbeer is buite die vorming van silicium. Daar is gevind dat hierdie vrye silikon bydra tot die grafitisering wat in konvensionele staal waargeneem word58.
Die meganiese eienskappe van die ontwikkelde keramiekversterkte komposiete gebaseer op HEA word ondersoek deur kompressietoetse en hardheidstoetse. Die spanning-rek-krommes van die ontwikkelde komposiete word in Fig. 9a, en in Fig. 9b toon 'n spreidingsdiagram tussen spesifieke vloeisterkte, vloeisterkte, hardheid en verlenging van die ontwikkelde komposiete.
(a) Drukvervormingskurwes en (b) spreidingsdiagramme wat spesifieke vloeispanning, vloeisterkte, hardheid en verlenging toon. Let daarop dat slegs monsters S-0 tot S-4 getoon word, aangesien monsters S-5 en S-6 beduidende gietdefekte bevat.
Soos gesien in fig. 9, het die opbrengssterkte toegeneem van 136 MPa vir die basis VES (C-0) tot 2522 MPa vir die C-4 saamgestelde. In vergelyking met die basiese WPP het die S-2-komposiet 'n baie goeie rek tot mislukking van ongeveer 37% getoon, en het ook aansienlik hoër opbrengssterktewaardes getoon (1200 MPa). Die uitstekende kombinasie van sterkte en rekbaarheid van hierdie komposiet is te danke aan die verbetering in die algehele mikrostruktuur, insluitend die eenvormige verspreiding van fyn karbiedlamelle deur die mikrostruktuur, wat na verwagting ontwrigtingbeweging sal inhibeer. Die opbrengssterktes van C-3 en C-4 komposiete is onderskeidelik 1925 MPa en 2522 MPa. Hierdie hoë opbrengssterktes kan verklaar word deur die hoë volume fraksie van gesementeerde karbied en silicied fases. Die teenwoordigheid van hierdie fases het egter ook 'n verlenging by breek van slegs 7% tot gevolg gehad. Die spanning-rek-krommes van die basis-komposiete CoCrFeNi HEA (S-0) en S-1 is konveks, wat die aktivering van die tweeling-effek of TRIP59,60 aandui. In vergelyking met monster S-1, het die spanning-rek-kromme van monster S-2 'n konkawe vorm by 'n vervorming van ongeveer 10.20%, wat beteken dat die normale ontwrigtingglip die hoofvervormingsmodus van die monster in hierdie vervormde toestand is60,61 . Die verhardingstempo in hierdie monster bly egter hoog oor 'n groot vervormingsreeks, en by hoër vervormings is 'n oorgang na konveksiteit ook sigbaar (hoewel dit nie uitgesluit kan word dat dit weens die mislukking van gesmeerde drukladings is nie). ). Komposiete C-3 en C-4 het slegs beperkte plastisiteit as gevolg van die teenwoordigheid van hoër volume fraksies van karbiede en silicides in die mikrostruktuur. Kompressietoetse van monsters van komposiete C-5 en C-6 is nie uitgevoer nie as gevolg van beduidende gietdefekte op hierdie monsters van samestellings (sien Fig. 10).
Stereomikrograwe van gietdefekte (aangedui deur rooi pyle) in monsters van komposiete C-5 en C-6.
Die resultate van die meting van die hardheid van VEA-komposiete word in Fig. 9b. Die basis WEA het 'n hardheid van 130±5 HV, en monsters S-1, S-2, S-3 en S-4 het hardheidwaardes van 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV en 755±20 HV. Die toename in hardheid was in goeie ooreenstemming met die verandering in opbrengssterkte verkry uit druktoetse en was geassosieer met 'n toename in die hoeveelheid vaste stowwe in die komposiet. Die berekende spesifieke opbrengssterkte gebaseer op die teikensamestelling van elke monster word ook in fig. 9b. Oor die algemeen word die beste kombinasie van opbrengssterkte (1200 MPa), hardheid (275 ± 10 HV) en relatiewe verlenging tot mislukking (~37%) waargeneem vir saamgestelde C-2.
Vergelyking van die opbrengssterkte en relatiewe verlenging van die ontwikkelde komposiet met materiale van verskillende klasse word in Fig. 11a getoon. Komposiete gebaseer op CoCrFeNi in hierdie studie het hoë verlenging op enige gegewe stresvlak getoon62. Dit kan ook gesien word dat die eienskappe van die HEA-komposiete wat in hierdie studie ontwikkel is, in die voorheen onbewoonde gebied van die plot van opbrengssterkte versus verlenging lê. Daarbenewens het die ontwikkelde komposiete 'n wye reeks kombinasies van sterkte (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa en 2522 MPa) en verlenging (>60%, 37%, 7.3% en 6.19%). Opbrengsterkte is ook 'n belangrike faktor in die keuse van materiale vir gevorderde ingenieurstoepassings63,64. In hierdie verband vertoon die HEA-komposiete van die huidige uitvinding 'n uitstekende kombinasie van opbrengssterkte en verlenging. Dit is omdat die byvoeging van lae digtheid SiC komposiete met hoë spesifieke opbrengssterkte tot gevolg het. Die spesifieke opbrengssterkte en verlenging van HEA-komposiete is in dieselfde reeks as HEA FCC en vuurvaste HEA, soos getoon in Fig. 11b. Die hardheid en treksterkte van die ontwikkelde komposiete is in dieselfde reeks as vir massiewe metaalglase65 (Fig. 11c). Massiewe metaalglase (BMS) word gekenmerk deur hoë hardheid en vloeisterkte, maar hul verlenging is beperk66,67. Die hardheid en vloeisterkte van sommige van die HEA-komposiete wat in hierdie studie ontwikkel is, het egter ook beduidende verlenging getoon. Daar is dus tot die gevolgtrekking gekom dat die komposiete wat deur VEA ontwikkel is, 'n unieke en gesogte kombinasie van meganiese eienskappe vir verskeie strukturele toepassings het. Hierdie unieke kombinasie van meganiese eienskappe kan verklaar word deur die eenvormige verspreiding van harde karbiede wat in situ in die FCC HEA matriks gevorm word. As deel van die doelwit om 'n beter kombinasie van sterkte te bereik, moet mikrostrukturele veranderinge as gevolg van die byvoeging van keramiekfases egter noukeurig bestudeer en beheer word om gietdefekte te vermy, soos dié wat in S-5 en S-6 komposiete voorkom, en rekbaarheid. geslag.
Die resultate van hierdie studie is vergelyk met verskeie strukturele materiale en HEAs: (a) verlenging versus vloeisterkte62, (b) spesifieke vloeispanning versus rekbaarheid63 en (c) vloeisterkte versus hardheid65.
Die mikrostruktuur en meganiese eienskappe van 'n reeks HEA-keramiek-komposiete gebaseer op die HEA CoCrFeNi-stelsel met die byvoeging van SiC is bestudeer en die volgende gevolgtrekkings is gemaak:
Hoë entropie-legeringskomposiete kan suksesvol ontwikkel word deur SiC by CoCrFeNi HEA te voeg deur die boogsmeltmetode te gebruik.
SiC ontbind tydens boogsmelting, wat lei tot die vorming in situ van karbied-, silicied- en grafietfases, waarvan die teenwoordigheid en volumefraksie afhang van die hoeveelheid SiC wat by die basis-HEA gevoeg word.
HEA-komposiete vertoon baie uitstekende meganiese eienskappe, met eienskappe wat in voorheen onbewoonde gebiede val op die opbrengssterkte versus verlenging plot. Die opbrengssterkte van die HEA-komposiet wat met 6 gew.% SiC gemaak is, was meer as agt keer dié van basis-HEA terwyl 37% rekbaarheid gehandhaaf is.
Die hardheid en opbrengssterkte van HEA-komposiete is in die reeks van grootmaat metaalglase (BMG).
Die bevindinge dui daarop dat hoë-entropie-legeringskomposiete 'n belowende benadering verteenwoordig om 'n uitstekende kombinasie van metaal-meganiese eienskappe vir gevorderde strukturele toepassings te bereik.
Pos tyd: Jul-12-2023