CoCrFeNi হল চমৎকার নমনীয়তা কিন্তু সীমিত শক্তি সহ একটি ভালভাবে অধ্যয়ন করা মুখ-কেন্দ্রিক কিউবিক (fcc) উচ্চ-এনট্রপি অ্যালয় (HEA)। এই অধ্যয়নের ফোকাস আর্ক গলানোর পদ্ধতি ব্যবহার করে বিভিন্ন পরিমাণে SiC যোগ করে এই জাতীয় HEA-এর শক্তি এবং নমনীয়তার ভারসাম্য উন্নত করার উপর। এটি প্রতিষ্ঠিত হয়েছে যে বেস HEA-তে ক্রোমিয়ামের উপস্থিতি গলে যাওয়ার সময় SiC-এর পচন ঘটায়। এইভাবে, ক্রোমিয়ামের সাথে মুক্ত কার্বনের মিথস্ক্রিয়া ক্রোমিয়াম কার্বাইডের সিটু গঠনের দিকে নিয়ে যায়, যখন মুক্ত সিলিকন বেস HEA-তে দ্রবণে থাকে এবং/অথবা সিলিসাইড তৈরি করতে বেস HEA তৈরিকারী উপাদানগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করে। SiC বিষয়বস্তু বাড়ার সাথে সাথে মাইক্রোস্ট্রাকচার ফেজ নিম্নলিখিত অনুক্রমে পরিবর্তিত হয়: fcc → fcc + eutectic → fcc + ক্রোমিয়াম কার্বাইড ফ্লেক্স → fcc + ক্রোমিয়াম কার্বাইড ফ্লেক্স + সিলিসাইড → fcc + ক্রোমিয়াম কার্বাইড ফ্লেক্স + সিলিসাইড + গ্রাফাইট বল / গ্রাফাইট ফ্লেক্স। প্রচলিত সংকর ধাতু এবং উচ্চ এনট্রপি সংকর ধাতুগুলির তুলনায় ফলস্বরূপ কম্পোজিটগুলি যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি খুব বিস্তৃত পরিসর প্রদর্শন করে (ফলন শক্তি 277 MPa থেকে 60% প্রসারণে 2522 MPa পর্যন্ত)। উন্নত কিছু উচ্চ এনট্রপি কম্পোজিট যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি চমৎকার সমন্বয় দেখায় (ফলন শক্তি 1200 MPa, প্রসারণ 37%) এবং ফলন স্ট্রেস-লংগেশন ডায়াগ্রামে পূর্বে অপ্রাপ্য অঞ্চলগুলি দখল করে। উল্লেখযোগ্য প্রসারণ ছাড়াও, HEA কম্পোজিটগুলির কঠোরতা এবং ফলন শক্তি বাল্ক ধাতব চশমার মতো একই পরিসরে রয়েছে। অতএব, এটা বিশ্বাস করা হয় যে উচ্চ-এনট্রপি কম্পোজিটগুলির বিকাশ উন্নত কাঠামোগত অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি চমৎকার সমন্বয় অর্জনে সহায়তা করতে পারে।
উচ্চ এনট্রপি অ্যালোয়ের বিকাশ ধাতববিদ্যা 1,2-এ একটি প্রতিশ্রুতিশীল নতুন ধারণা। উচ্চ এনট্রপি অ্যালয়েস (HEA) বেশ কয়েকটি ক্ষেত্রে শারীরিক এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের একটি চমৎকার সমন্বয় দেখিয়েছে, যার মধ্যে উচ্চ তাপীয় স্থিতিশীলতা 3,4 সুপারপ্লাস্টিক প্রসারণ5,6 ক্লান্তি প্রতিরোধের7,8 জারা প্রতিরোধের9,10,11, চমৎকার পরিধান প্রতিরোধের12,13,14 ,15 এবং tribological বৈশিষ্ট্য15,16,17 এমনকি উচ্চ তাপমাত্রা 18,19,20,21,22 এবং নিম্ন তাপমাত্রায় যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য 23,24,25। এইচইএ-তে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের চমৎকার সমন্বয় সাধারণত চারটি প্রধান প্রভাবকে দায়ী করা হয়, যথা উচ্চ কনফিগারেশনাল এনট্রপি26, শক্তিশালী জালি বিকৃতি27, ধীর প্রসারণ28 এবং ককটেল প্রভাব29। HEA সাধারণত FCC, BCC এবং HCP প্রকার হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। FCC HEA সাধারণত Co, Cr, Fe, Ni এবং Mn-এর মতো ট্রানজিশন উপাদান ধারণ করে এবং চমৎকার নমনীয়তা (এমনকি কম তাপমাত্রায়25) কিন্তু কম শক্তি প্রদর্শন করে। BCC HEA সাধারণত W, Mo, Nb, Ta, Ti এবং V এর মতো উচ্চ ঘনত্বের উপাদানগুলির সমন্বয়ে গঠিত এবং এর শক্তি খুব বেশি কিন্তু কম নমনীয়তা এবং কম নির্দিষ্ট শক্তি30।
মেশিনিং, থার্মোমেকানিকাল প্রক্রিয়াকরণ এবং উপাদানগুলির সংযোজনের উপর ভিত্তি করে এইচইএর মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তন যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির সর্বোত্তম সংমিশ্রণ পেতে তদন্ত করা হয়েছে। CoCrFeMnNi FCC HEA উচ্চ-চাপ টর্শন দ্বারা গুরুতর প্লাস্টিকের বিকৃতির শিকার হয়, যা কঠোরতা (520 HV) এবং শক্তি (1950 MPa) উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে, কিন্তু একটি ন্যানোক্রিস্টালাইন মাইক্রোস্ট্রাকচার (~50 এনএম) এর বিকাশ খাদকে ভঙ্গুর করে তোলে31 . এটি পাওয়া গেছে যে CoCrFeMnNi HEAs-এ টুইনিং নমনীয়তা (TWIP) এবং ট্রান্সফর্মেশন ইনডিউসড প্লাস্টিসিটি (TRIP) এর সংযোজন ভাল কাজের কঠোরতা প্রদান করে যার ফলস্বরূপ উচ্চ প্রসার্য নমনীয়তা হয়, যদিও প্রকৃত প্রসার্য শক্তির মানগুলি ব্যয় হয়। নীচে (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA-তে শট পিনিং ব্যবহার করে একটি স্তরযুক্ত মাইক্রোস্ট্রাকচার (একটি পাতলা বিকৃত স্তর এবং একটি অবিকৃত কোর সমন্বিত) গঠনের ফলে শক্তি বৃদ্ধি পেয়েছে, কিন্তু এই উন্নতি প্রায় 700 MPa33-এর মধ্যে সীমাবদ্ধ ছিল। শক্তি এবং নমনীয়তার সর্বোত্তম সংমিশ্রণ সহ উপকরণগুলির সন্ধানে, অ-আইসোঅ্যাটমিক উপাদানগুলির সংযোজন ব্যবহার করে বহুমুখী HEAs এবং eutectic HEA-এর বিকাশও তদন্ত করা হয়েছে34,35,36,37,38,39,40,41। প্রকৃতপক্ষে, এটি পাওয়া গেছে যে ইউটেটিক হাই-এনট্রপি অ্যালয়গুলিতে শক্ত এবং নরম পর্যায়গুলির একটি সূক্ষ্ম বন্টন শক্তি এবং নমনীয়তার তুলনামূলকভাবে ভাল সমন্বয় ঘটাতে পারে 35,38,42,43।
CoCrFeNi সিস্টেম একটি ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা একক-ফেজ FCC উচ্চ-এনট্রপি খাদ। এই সিস্টেমটি নিম্ন এবং উচ্চ উভয় তাপমাত্রায় দ্রুত কাজ শক্ত করার বৈশিষ্ট্য 44 এবং চমৎকার নমনীয়তা 45,46 প্রদর্শন করে। এর তুলনামূলকভাবে কম শক্তি (~300 MPa)47,48 উন্নত করার জন্য বিভিন্ন প্রচেষ্টা করা হয়েছে যার মধ্যে রয়েছে শস্য পরিশোধন25, ভিন্নধর্মী মাইক্রোস্ট্রাকচার49, বৃষ্টিপাত 50,51,52 এবং রূপান্তর-প্ররোচিত প্লাস্টিসিটি (TRIP)53। গুরুতর অবস্থার মধ্যে ঠাণ্ডা অঙ্কনের মাধ্যমে কাস্ট ফেস-কেন্দ্রিক কিউবিক HEA CoCrFeNi-এর শস্য পরিশোধন শক্তি প্রায় 300 MPa47.48 থেকে 1.2 GPa25 পর্যন্ত বৃদ্ধি করে, কিন্তু নমনীয়তা 60% থেকে 12.6%-এর বেশি হ্রাস করে। CoCrFeNi-এর HEA-তে Al যোগ করার ফলে একটি ভিন্নধর্মী মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি হয়, যা এর ফলন শক্তি 786 MPa এবং এর আপেক্ষিক প্রসারণ প্রায় 22%49-এ বৃদ্ধি পায়। CoCrFeNi HEA টি এবং আল-এর সাথে যোগ করা হয়েছিল অবক্ষেপণ তৈরি করতে, যার ফলে বর্ষণ শক্তি বৃদ্ধি পায়, এর ফলন শক্তি 645 MPa এবং প্রসারিত হয় 39%51। TRIP মেকানিজম (মুখ-কেন্দ্রিক কিউবিক → হেক্সাহেড্রাল মার্টেনসিটিক ট্রান্সফরমেশন) এবং টুইনিং CoCrFeNi HEA-এর প্রসার্য শক্তিকে 841 MPa এবং বিরতিতে 76%53 এ প্রসারিত করেছে।
উচ্চ এনট্রপি কম্পোজিটগুলি বিকাশের জন্য HEA মুখকেন্দ্রিক ঘন ম্যাট্রিক্সে সিরামিক শক্তিবৃদ্ধি যুক্ত করার চেষ্টাও করা হয়েছে যা শক্তি এবং নমনীয়তার আরও ভাল সমন্বয় প্রদর্শন করতে পারে। উচ্চ এনট্রপি সহ কম্পোজিটগুলি ভ্যাকুয়াম আর্ক মেল্টিং44, মেকানিক্যাল অ্যালোয়িং 45,46,47,48,52,53, স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং 46,51,52, ভ্যাকুয়াম হট প্রেসিং45, হট আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং দ্বারা প্রক্রিয়া করা হয়েছে 50। কার্বাইড, অক্সাইড এবং নাইট্রাইড যেমন WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 এবং Y2O351 HEA কম্পোজিটগুলির বিকাশে সিরামিক শক্তিবৃদ্ধি হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে। একটি শক্তিশালী এবং টেকসই HEA কম্পোজিট ডিজাইন এবং বিকাশ করার সময় সঠিক HEA ম্যাট্রিক্স এবং সিরামিক নির্বাচন করা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। এই কাজে, CoCrFeNi ম্যাট্রিক্স উপাদান হিসাবে নির্বাচিত হয়েছিল। CoCrFeNi HEA-তে বিভিন্ন পরিমাণে SiC যোগ করা হয়েছিল এবং মাইক্রোস্ট্রাকচার, ফেজ কম্পোজিশন এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর তাদের প্রভাব অধ্যয়ন করা হয়েছিল।
উচ্চ-বিশুদ্ধতা ধাতু Co, Cr, Fe, এবং Ni (99.95 wt %) এবং SiC পাউডার (বিশুদ্ধতা 99%, আকার -400 জাল) প্রাথমিক কণা আকারে HEA কম্পোজিট তৈরির জন্য কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল। CoCrFeNi HEA এর আইসোআটমিক কম্পোজিশনটি প্রথমে একটি গোলার্ধীয় জল-ঠান্ডা তামার ছাঁচে স্থাপন করা হয়েছিল এবং তারপর চেম্বারটি 3·10-5 এমবারে খালি করা হয়েছিল। অ-ভোগযোগ্য টংস্টেন ইলেক্ট্রোডের সাথে চাপ গলানোর জন্য প্রয়োজনীয় ভ্যাকুয়াম অর্জনের জন্য উচ্চ বিশুদ্ধতা আর্গন গ্যাস চালু করা হয়। ফলস্বরূপ ইনগটগুলি উল্টানো হয় এবং ভাল একতা নিশ্চিত করতে পাঁচবার পুনরায় গলিয়ে দেওয়া হয়। বিভিন্ন কম্পোজিশনের উচ্চ-এনট্রপি কম্পোজিটগুলি ফলস্বরূপ ইকুয়েটমিক CoCrFeNi বোতামগুলিতে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ SiC যোগ করে প্রস্তুত করা হয়েছিল, যা প্রতিটি ক্ষেত্রে পাঁচ-গুণ বিপর্যয় এবং রিমেলটিং দ্বারা পুনরায় একজাতকরণ করা হয়েছিল। ফলস্বরূপ কম্পোজিট থেকে ঢালাই করা বোতামটি আরও পরীক্ষা এবং চরিত্রায়নের জন্য EDM ব্যবহার করে কাটা হয়েছিল। মাইক্রোস্ট্রাকচারাল অধ্যয়নের জন্য নমুনাগুলি স্ট্যান্ডার্ড মেটালোগ্রাফিক পদ্ধতি অনুসারে প্রস্তুত করা হয়েছিল। প্রথমত, পরিমাণগত ফেজ বিশ্লেষণের জন্য সফ্টওয়্যার লাইকা ইমেজ অ্যানালাইসিস (এলএএস ফেজ এক্সপার্ট) সহ একটি হালকা মাইক্রোস্কোপ (লাইকা মাইক্রোস্কোপ DM6M) ব্যবহার করে নমুনাগুলি পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফেজ বিশ্লেষণের জন্য প্রায় 27,000 µm2 মোট এলাকা সহ বিভিন্ন এলাকায় তোলা তিনটি ছবি নির্বাচন করা হয়েছিল। রাসায়নিক গঠন বিশ্লেষণ এবং উপাদান বিতরণ বিশ্লেষণ সহ আরও বিস্তারিত মাইক্রোস্ট্রাকচারাল অধ্যয়নগুলি একটি স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (JEOL JSM-6490LA) একটি শক্তি বিচ্ছুরণকারী স্পেকট্রোস্কোপি (EDS) বিশ্লেষণ সিস্টেম দ্বারা সজ্জিত করা হয়েছিল। এইচইএ কম্পোজিটের স্ফটিক কাঠামোর বৈশিষ্ট্য একটি এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন সিস্টেম (ব্রুকার ডি 2 ফেজ শিফটার) ব্যবহার করে একটি CuKα উত্স ব্যবহার করে 0.04° ধাপের আকারের সাথে সঞ্চালিত হয়েছিল। HEA কম্পোজিটগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তনের প্রভাব ভিকারস মাইক্রোহার্ডনেস পরীক্ষা এবং কম্প্রেশন পরীক্ষা ব্যবহার করে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। কঠোরতা পরীক্ষার জন্য, প্রতি নমুনা কমপক্ষে 10টি ইন্ডেন্টেশন ব্যবহার করে 15 সেকেন্ডের জন্য 500 N লোড প্রয়োগ করা হয়। ঘরের তাপমাত্রায় HEA কম্পোজিটগুলির সংকোচন পরীক্ষাগুলি 0.001/s এর প্রাথমিক স্ট্রেন হারে একটি Shimadzu 50KN ইউনিভার্সাল টেস্টিং মেশিনে (UTM) আয়তক্ষেত্রাকার নমুনার (7 মিমি × 3 মিমি × 3 মিমি) উপর পরিচালিত হয়েছিল।
উচ্চ এনট্রপি কম্পোজিট, পরবর্তীতে S-1 থেকে S-6 নমুনা হিসাবে উল্লেখ করা হয়েছে, একটি CoCrFeNi ম্যাট্রিক্সে 3%, 6%, 9%, 12%, 15% এবং 17% SiC (সমস্ত ওজনের%) যোগ করে প্রস্তুত করা হয়েছিল। . যথাক্রমে যে রেফারেন্স নমুনাটিতে কোন SiC যোগ করা হয়নি তা পরবর্তীতে নমুনা S-0 হিসাবে উল্লেখ করা হয়েছে। উন্নত HEA কম্পোজিটগুলির অপটিক্যাল মাইক্রোগ্রাফগুলি ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 1, যেখানে, বিভিন্ন সংযোজন যুক্ত হওয়ার কারণে, CoCrFeNi HEA-এর একক-ফেজ মাইক্রোস্ট্রাকচারটি বিভিন্ন রূপবিদ্যা, আকার এবং বিতরণ সহ অনেকগুলি পর্যায় নিয়ে গঠিত একটি মাইক্রোস্ট্রাকচারে রূপান্তরিত হয়েছিল। রচনায় SiC-এর পরিমাণ। LAS ফেজ বিশেষজ্ঞ সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে চিত্র বিশ্লেষণ থেকে প্রতিটি পর্যায়ের পরিমাণ নির্ধারণ করা হয়েছিল। চিত্র 1 এর ইনসেট (উপরের ডানদিকে) এই বিশ্লেষণের জন্য একটি উদাহরণ এলাকা দেখায়, সেইসাথে প্রতিটি ফেজ উপাদানের জন্য ক্ষেত্রফল ভগ্নাংশ।
উন্নত উচ্চ-এনট্রপি কম্পোজিটগুলির অপটিক্যাল মাইক্রোগ্রাফ: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 এবং (f) C- 6. ইনসেট LAS ফেজ বিশেষজ্ঞ সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে বৈসাদৃশ্য-ভিত্তিক চিত্র ফেজ বিশ্লেষণ ফলাফলের একটি উদাহরণ দেখায়।
ডুমুর হিসাবে দেখানো হয়েছে. 1a, C-1 কম্পোজিটের ম্যাট্রিক্স ভলিউমের মধ্যে গঠিত একটি ইউটেটিক মাইক্রোস্ট্রাকচার, যেখানে ম্যাট্রিক্স এবং ইউটেটিক পর্যায়গুলির পরিমাণ যথাক্রমে 87.9 ± 0.47% এবং 12.1% ± 0.51% হিসাবে অনুমান করা হয়। চিত্র 1b-এ দেখানো যৌগিক (C-2) এ, দৃঢ়ীকরণের সময় একটি ইউটেটিক প্রতিক্রিয়ার কোনো লক্ষণ নেই এবং C-1 যৌগটির থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি মাইক্রোস্ট্রাকচার পরিলক্ষিত হয়। C-2 কম্পোজিটের মাইক্রোস্ট্রাকচার তুলনামূলকভাবে সূক্ষ্ম এবং ম্যাট্রিক্স ফেজে (fcc) সমানভাবে বিতরণ করা পাতলা প্লেট (কারবাইড) নিয়ে গঠিত। ম্যাট্রিক্স এবং কার্বাইডের ভলিউম ভগ্নাংশ যথাক্রমে 72 ± 1.69% এবং 28 ± 1.69% অনুমান করা হয়েছে। ম্যাট্রিক্স এবং কার্বাইড ছাড়াও, C-3 সংমিশ্রণে একটি নতুন ফেজ (সিলিসাইড) পাওয়া গেছে, যেমন চিত্র 1c-তে দেখানো হয়েছে, যেখানে এই ধরনের সিলিসাইড, কার্বাইড এবং ম্যাট্রিক্স পর্যায়গুলির ভলিউম ভগ্নাংশ প্রায় 26.5% ± অনুমান করা হয়েছে যথাক্রমে 0.41%, 25.9 ± 0.53 এবং 47.6 ± 0.34। C-4 কম্পোজিটের মাইক্রোস্ট্রাকচারেও আরেকটি নতুন ফেজ (গ্রাফাইট) পরিলক্ষিত হয়েছে; মোট চারটি পর্যায় চিহ্নিত করা হয়েছে। গ্রাফাইট পর্বের অপটিক্যাল ছবিতে গাঢ় বৈসাদৃশ্য সহ একটি স্বতন্ত্র গ্লাবুলার আকৃতি রয়েছে এবং এটি শুধুমাত্র অল্প পরিমাণে উপস্থিত থাকে (আনুমানিক ভলিউম ভগ্নাংশ মাত্র 0.6 ± 0.30%)। কম্পোজিট C-5 এবং C-6-এ, শুধুমাত্র তিনটি পর্যায় চিহ্নিত করা হয়েছিল, এবং এই কম্পোজিটগুলিতে গাঢ় বৈপরীত্য গ্রাফাইট ফেজ ফ্লেক্সের আকারে প্রদর্শিত হয়। কম্পোজিট S-5-এর গ্রাফাইট ফ্লেক্সের তুলনায়, কম্পোজিট S-6-এর গ্রাফাইট ফ্লেক্স আরও প্রশস্ত, খাটো এবং আরও নিয়মিত। C-5 কম্পোজিটের 14.9 ± 0.85% থেকে C-6 কম্পোজিটে প্রায় 17.4 ± 0.55% পর্যন্ত গ্রাফাইট সামগ্রীতে একটি অনুরূপ বৃদ্ধিও পরিলক্ষিত হয়েছে।
এইচইএ কম্পোজিটের প্রতিটি ফেজের বিশদ মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং রাসায়নিক গঠনের আরও তদন্ত করার জন্য, এসইএম ব্যবহার করে নমুনাগুলি পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং ইএমএফ পয়েন্ট বিশ্লেষণ এবং রাসায়নিক ম্যাপিংও সঞ্চালিত হয়েছিল। যৌগিক C-1-এর ফলাফল চিত্রে দেখানো হয়েছে। 2, যেখানে প্রধান ম্যাট্রিক্স পর্বের অঞ্চলগুলিকে পৃথককারী ইউটেটিক মিশ্রণের উপস্থিতি স্পষ্টভাবে দেখা যায়। যৌগিক C-1-এর রাসায়নিক মানচিত্র চিত্র 2c-এ দেখানো হয়েছে, যেখানে দেখা যাবে যে Co, Fe, Ni এবং Si সমানভাবে ম্যাট্রিক্স পর্যায়ে বিতরণ করা হয়েছে। যাইহোক, বেস HEA-এর অন্যান্য উপাদানের তুলনায় ম্যাট্রিক্স পর্বে অল্প পরিমাণ Cr পাওয়া গেছে, যে Cr ম্যাট্রিক্সের বাইরে ছড়িয়ে পড়েছে। এসইএম ইমেজে সাদা ইউটেক্টিক ফেজের রচনাটি ক্রোমিয়াম এবং কার্বন সমৃদ্ধ, যা ইঙ্গিত করে যে এটি ক্রোমিয়াম কার্বাইড। মাইক্রোস্ট্রাকচারে বিচ্ছিন্ন SiC কণার অনুপস্থিতি, ম্যাট্রিক্সে ক্রোমিয়ামের পরিলক্ষিত কম বিষয়বস্তুর সাথে মিলিত এবং ক্রোমিয়াম-সমৃদ্ধ পর্যায়গুলি ধারণকারী ইউটেটিক মিশ্রণের উপস্থিতি, গলে যাওয়ার সময় SiC-এর সম্পূর্ণ পচন নির্দেশ করে। SiC এর পচনের ফলে, ম্যাট্রিক্স পর্যায়ে সিলিকন দ্রবীভূত হয় এবং মুক্ত কার্বন ক্রোমিয়ামের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে ক্রোমিয়াম কার্বাইড তৈরি করে। যেমন দেখা যায়, শুধুমাত্র কার্বন গুণগতভাবে EMF পদ্ধতি দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল, এবং ফেজ গঠনটি এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্নে বৈশিষ্ট্যযুক্ত কার্বাইড শিখর সনাক্তকরণ দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছিল।
(a) S-1 নমুনার SEM চিত্র, (b) বর্ধিত চিত্র, (c) উপাদান মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
যৌগিক C-2 এর বিশ্লেষণ ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 3. অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপির চেহারার মতোই, এসইএম পরীক্ষায় শুধুমাত্র দুটি পর্যায় নিয়ে গঠিত একটি সূক্ষ্ম কাঠামো প্রকাশ করা হয়েছে, যেখানে একটি পাতলা ল্যামেলার ফেজের উপস্থিতি পুরো কাঠামো জুড়ে সমানভাবে বিতরণ করা হয়েছে। ম্যাট্রিক্স ফেজ, এবং কোন ইউটেটিক ফেজ নেই। লেমেলার ফেজের উপাদান বন্টন এবং EMF পয়েন্ট বিশ্লেষণ এই পর্যায়ে Cr (হলুদ) এবং C (সবুজ) এর তুলনামূলকভাবে উচ্চ বিষয়বস্তু প্রকাশ করেছে, যা আবার গলে যাওয়ার সময় SiC এর পচন এবং ক্রোমিয়াম প্রভাবের সাথে মুক্তিপ্রাপ্ত কার্বনের মিথস্ক্রিয়া নির্দেশ করে। . VEA ম্যাট্রিক্স একটি ল্যামেলার কার্বাইড ফেজ গঠন করে। উপাদানগুলির বিতরণ এবং ম্যাট্রিক্স পর্বের বিন্দু বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে বেশিরভাগ কোবাল্ট, লোহা, নিকেল এবং সিলিকন ম্যাট্রিক্স পর্যায়ে উপস্থিত রয়েছে।
(a) S-2 নমুনার SEM চিত্র, (b) বর্ধিত চিত্র, (c) উপাদান মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
C-3 কম্পোজিটের SEM গবেষণা কার্বাইড এবং ম্যাট্রিক্স পর্যায়গুলি ছাড়াও নতুন পর্যায়গুলির উপস্থিতি প্রকাশ করেছে। মৌলিক মানচিত্র (চিত্র 4c) এবং EMF পয়েন্ট বিশ্লেষণ (চিত্র 4d) দেখায় যে নতুন পর্যায়টি নিকেল, কোবাল্ট এবং সিলিকন সমৃদ্ধ।
(a) S-3 নমুনার SEM চিত্র, (b) বর্ধিত চিত্র, (c) উপাদান মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
C-4 কম্পোজিটের SEM এবং EMF বিশ্লেষণের ফলাফল ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 5. যৌগিক C-3 তে পর্যবেক্ষণ করা তিনটি পর্যায় ছাড়াও, গ্রাফাইট নোডিউলের উপস্থিতিও পাওয়া গেছে। সিলিকন-সমৃদ্ধ ফেজের ভলিউম ভগ্নাংশও C-3 কম্পোজিটের চেয়ে বেশি।
(a) S-4 নমুনার SEM চিত্র, (b) বর্ধিত চিত্র, (c) উপাদান মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
কম্পোজিট S-5 এবং S-6 এর SEM এবং EMF স্পেকট্রার ফলাফল যথাক্রমে চিত্র 1 এবং 2. 6 এবং 7 এ দেখানো হয়েছে। অল্প সংখ্যক গোলক ছাড়াও, গ্রাফাইট ফ্লেক্সের উপস্থিতিও পরিলক্ষিত হয়েছিল। C-6 কম্পোজিটে গ্রাফাইট ফ্লেক্সের সংখ্যা এবং সিলিকন-ধারণকারী পর্যায়ের ভলিউম ভগ্নাংশ উভয়ই C-5 কম্পোজিটের চেয়ে বেশি।
(a) নমুনা C-5 এর SEM চিত্র, (b) বর্ধিত দৃশ্য, (c) মৌলিক মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
(a) S-6 নমুনার SEM চিত্র, (b) বর্ধিত চিত্র, (c) উপাদান মানচিত্র, (d) নির্দেশিত স্থানে EMF ফলাফল।
এইচইএ কম্পোজিটগুলির স্ফটিক কাঠামোর বৈশিষ্ট্যও XRD পরিমাপ ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল। ফলাফল চিত্র 8 এ দেখানো হয়েছে। বেস WEA (S-0) এর বিচ্ছুরণ প্যাটার্নে, শুধুমাত্র fcc পর্বের সাথে সম্পর্কিত শিখরগুলি দৃশ্যমান। কম্পোজিট C-1, C-2, এবং C-3 এর এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্নগুলি ক্রোমিয়াম কার্বাইড (Cr7C3) এর সাথে সম্পর্কিত অতিরিক্ত শিখরের উপস্থিতি প্রকাশ করেছে এবং C-3 এবং C-4 নমুনার জন্য তাদের তীব্রতা কম ছিল, যা নির্দেশ করে যে এই নমুনার জন্য তথ্য EMF সঙ্গে. Co/Ni সিলিসাইডের সাথে সম্পর্কিত শিখরগুলি S-3 এবং S-4 নমুনার জন্য পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে, আবার চিত্র 2 এবং 3-এ দেখানো EDS ম্যাপিং ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। চিত্র 3 এবং চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। 5 এবং S-6 শিখরগুলি পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে। গ্রাফাইটের সাথে সম্পর্কিত।
উন্নত কম্পোজিটগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচারাল এবং ক্রিস্টালোগ্রাফিক উভয় বৈশিষ্ট্যই যোগ করা SiC-এর পচন নির্দেশ করে। এটি VEA ম্যাট্রিক্সে ক্রোমিয়ামের উপস্থিতির কারণে। ক্রোমিয়ামের কার্বন 54.55 এর সাথে একটি খুব শক্তিশালী সম্পর্ক রয়েছে এবং কার্বাইড তৈরি করতে মুক্ত কার্বনের সাথে বিক্রিয়া করে, যা ম্যাট্রিক্সের ক্রোমিয়াম সামগ্রীর পরিলক্ষিত হ্রাস দ্বারা নির্দেশিত হয়। SiC56 এর বিচ্ছিন্নতার কারণে Si fcc পর্যায়ে চলে যায়। এইভাবে, বেস HEA-তে SiC যোগ করার ফলে কার্বাইড ফেজের পরিমাণ এবং মাইক্রোস্ট্রাকচারে বিনামূল্যে Si-এর পরিমাণ বৃদ্ধি পায়। এটি পাওয়া গেছে যে এই অতিরিক্ত Si কম ঘনত্বে (যৌগিক S-1 এবং S-2) ম্যাট্রিক্সে জমা হয়, যখন উচ্চতর ঘনত্বে (যৌগিক S-3 থেকে S-6) এর ফলে অতিরিক্ত কোবাল্ট জমা হয়। নিকেল সিলিসাইড। সরাসরি সংশ্লেষণ উচ্চ-তাপমাত্রার ক্যালোরিমিট্রি দ্বারা প্রাপ্ত Co এবং Ni সিলিসাইডের গঠনের আদর্শ এনথালপি হল -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 Co2Si, CoSi এবং CoSi2 এর জন্য, যথাক্রমে মান হল – 50.6 ± 1.7 এবং – Ni2Si এবং Ni5Si2 এর জন্য যথাক্রমে 45.1 ± 1.4 kJ mol-157। এই মানগুলি SiC গঠনের তাপের চেয়ে কম, যা নির্দেশ করে যে SiC-এর বিচ্ছিন্নতা Co/Ni সিলিসাইডের গঠনের দিকে পরিচালিত করে শক্তিগতভাবে অনুকূল। S-5 এবং S-6 উভয় কম্পোজিটেই অতিরিক্ত ফ্রি সিলিকন উপস্থিত ছিল, যা সিলিসাইড গঠনের বাইরে শোষিত হয়েছিল। এই বিনামূল্যের সিলিকনটি প্রচলিত স্টিলে পরিলক্ষিত গ্রাফিটাইজেশনে অবদান রাখতে পাওয়া গেছে58।
HEA ভিত্তিক উন্নত সিরামিক-রিইনফোর্সড কম্পোজিটগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি কম্প্রেশন পরীক্ষা এবং কঠোরতা পরীক্ষা দ্বারা তদন্ত করা হয়। উন্নত কম্পোজিটগুলির স্ট্রেস-স্ট্রেন কার্ভগুলি ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 9a, এবং চিত্র 9b তে নির্দিষ্ট ফলন শক্তি, ফলনের শক্তি, কঠোরতা এবং উন্নত কম্পোজিটগুলির প্রসারণের মধ্যে একটি বিক্ষিপ্ত প্লট দেখায়।
(a) কম্প্রেসিভ স্ট্রেন কার্ভ এবং (b) স্ক্যাটারপ্লটগুলি নির্দিষ্ট ফলন স্ট্রেস, ফলনের শক্তি, কঠোরতা এবং প্রসারণ দেখায়। উল্লেখ্য যে শুধুমাত্র S-0 থেকে S-4 নমুনা দেখানো হয়েছে, কারণ S-5 এবং S-6 নমুনাগুলিতে উল্লেখযোগ্য ঢালাই ত্রুটি রয়েছে।
যেমন ডুমুরে দেখা যায়। 9, ফলন শক্তি বেস VES (C-0) এর জন্য 136 MPa থেকে C-4 কম্পোজিটের জন্য 2522 MPa-তে বৃদ্ধি পেয়েছে। মৌলিক WPP এর তুলনায়, S-2 কম্পোজিট প্রায় 37% ব্যর্থতার জন্য একটি খুব ভাল প্রসারণ দেখিয়েছে, এবং উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চ ফলন শক্তির মানও (1200 MPa) দেখিয়েছে। এই কম্পোজিটের শক্তি এবং নমনীয়তার চমৎকার সমন্বয় সামগ্রিক মাইক্রোস্ট্রাকচারের উন্নতির কারণে, যার মধ্যে রয়েছে মাইক্রোস্ট্রাকচার জুড়ে সূক্ষ্ম কার্বাইড ল্যামেলের অভিন্ন বন্টন, যা স্থানচ্যুতি আন্দোলনকে বাধা দেবে বলে আশা করা হচ্ছে। C-3 এবং C-4 কম্পোজিটের ফলন শক্তি যথাক্রমে 1925 MPa এবং 2522 MPa। এই উচ্চ ফলন শক্তি সিমেন্ট কার্বাইড এবং সিলিসাইড পর্যায়গুলির উচ্চ ভলিউম ভগ্নাংশ দ্বারা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। যাইহোক, এই পর্যায়গুলির উপস্থিতির ফলে শুধুমাত্র 7% বিরতিতে একটি প্রসারিত হয়। বেস কম্পোজিট CoCrFeNi HEA (S-0) এবং S-1 এর স্ট্রেস-স্ট্রেন বক্ররেখা হল উত্তল, যা টুইনিং ইফেক্ট বা TRIP59,60 সক্রিয়করণ নির্দেশ করে। নমুনা S-1-এর তুলনায়, নমুনা S-2-এর স্ট্রেস-স্ট্রেন বক্ররেখা প্রায় 10.20% স্ট্রেনে একটি অবতল আকৃতি রয়েছে, যার মানে হল যে স্বাভাবিক স্থানচ্যুতি স্লিপ হল এই বিকৃত অবস্থায় নমুনার প্রধান বিকৃতি মোড 60,61 . যাইহোক, এই নমুনায় শক্ত হওয়ার হার একটি বৃহৎ স্ট্রেনের পরিসরে বেশি থাকে এবং উচ্চতর স্ট্রেনে উত্তলতায় একটি রূপান্তরও দৃশ্যমান হয় (যদিও এটি অস্বীকার করা যায় না যে এটি লুব্রিকেটেড কম্প্রেসিভ লোডের ব্যর্থতার কারণে)। ) মাইক্রোস্ট্রাকচারে কার্বাইড এবং সিলিসাইডের উচ্চ ভলিউম ভগ্নাংশের উপস্থিতির কারণে কম্পোজিট C-3 এবং C-4-এর শুধুমাত্র সীমিত প্লাস্টিকতা রয়েছে। কম্পোজিটের এই নমুনাগুলিতে উল্লেখযোগ্য ঢালাই ত্রুটির কারণে কম্পোজিট C-5 এবং C-6 এর নমুনার কম্প্রেশন পরীক্ষা করা হয়নি (চিত্র 10 দেখুন)।
কম্পোজিট C-5 এবং C-6 এর নমুনায় ঢালাই ত্রুটির স্টেরিওমাইক্রোগ্রাফ (লাল তীর দ্বারা নির্দেশিত)।
VEA কম্পোজিটের কঠোরতা পরিমাপের ফলাফল ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 9 খ. বেস WEA এর কঠোরতা 130±5 HV, এবং S-1, S-2, S-3 এবং S-4 নমুনার কঠোরতা মান 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV এবং 755±20 HV. কঠোরতা বৃদ্ধি কম্প্রেশন পরীক্ষা থেকে প্রাপ্ত ফলন শক্তির পরিবর্তনের সাথে ভাল চুক্তিতে ছিল এবং কম্পোজিটে কঠিন পদার্থের পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে যুক্ত ছিল। প্রতিটি নমুনার লক্ষ্য রচনার উপর ভিত্তি করে গণনা করা নির্দিষ্ট ফলন শক্তিও ডুমুরে দেখানো হয়েছে। 9 খ. সাধারণভাবে, যৌগিক C-2 এর জন্য ফলন শক্তি (1200 MPa), কঠোরতা (275 ± 10 HV), এবং ব্যর্থতার আপেক্ষিক প্রসারণ (~37%) এর সর্বোত্তম সমন্বয় পরিলক্ষিত হয়।
বিভিন্ন শ্রেণীর উপকরণের সাথে বিকশিত কম্পোজিটের ফলন শক্তি এবং আপেক্ষিক প্রসারণের তুলনা চিত্র 11 এ দেখানো হয়েছে। এই গবেষণায় CoCrFeNi-এর উপর ভিত্তি করে কম্পোজিটগুলি যে কোনও প্রদত্ত স্ট্রেস লেভেলে উচ্চ প্রসারণ দেখিয়েছে62। এটাও দেখা যায় যে এই গবেষণায় বিকশিত এইচইএ কম্পোজিটগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি ফলন শক্তি বনাম প্রসারণের প্লটের পূর্বে দখলহীন অঞ্চলে রয়েছে। এছাড়াও, উন্নত কম্পোজিটগুলিতে শক্তির (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa এবং 2522 MPa) এবং প্রসারণ (>60%, 37%, 7.3% এবং 6.19%) সমন্বয়ের বিস্তৃত পরিসর রয়েছে। উন্নত প্রকৌশল অ্যাপ্লিকেশন63,64 এর জন্য উপকরণ নির্বাচনের ক্ষেত্রেও ফলন শক্তি একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। এই বিষয়ে, বর্তমান উদ্ভাবনের HEA কম্পোজিটগুলি ফলন শক্তি এবং প্রসারণের একটি চমৎকার সমন্বয় প্রদর্শন করে। এর কারণ হল কম ঘনত্বের SiC যোগ করার ফলে উচ্চ নির্দিষ্ট ফলন শক্তি সহ কম্পোজিট তৈরি হয়। HEA কম্পোজিটগুলির নির্দিষ্ট ফলন শক্তি এবং প্রসারণ HEA FCC এবং অবাধ্য HEA হিসাবে একই পরিসরে, যেমন চিত্র 11b-এ দেখানো হয়েছে। উন্নত কম্পোজিটগুলির কঠোরতা এবং ফলন শক্তি বিশাল ধাতব চশমার 65 (চিত্র 11c) হিসাবে একই পরিসরে রয়েছে। বিশাল ধাতব চশমা (BMS) উচ্চ কঠোরতা এবং ফলন শক্তি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, কিন্তু তাদের প্রসারণ সীমিত 66,67। যাইহোক, এই গবেষণায় বিকশিত কিছু HEA কম্পোজিটের কঠোরতা এবং ফলন শক্তিও উল্লেখযোগ্য প্রসারিততা দেখিয়েছে। এইভাবে, এটি উপসংহারে পৌঁছেছিল যে VEA দ্বারা বিকাশিত কম্পোজিটগুলিতে বিভিন্ন কাঠামোগত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি অনন্য এবং চাওয়া-পাওয়া সমন্বয় রয়েছে। যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের এই অনন্য সংমিশ্রণটি FCC HEA ম্যাট্রিক্সে সিটুতে গঠিত হার্ড কার্বাইডগুলির অভিন্ন বিচ্ছুরণ দ্বারা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। যাইহোক, শক্তির আরও ভাল সমন্বয় অর্জনের লক্ষ্যের অংশ হিসাবে, সিরামিক পর্যায়গুলি যোগ করার ফলে মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তনগুলি অবশ্যই সাবধানে অধ্যয়ন এবং নিয়ন্ত্রণ করতে হবে যাতে ঢালাই ত্রুটিগুলি এড়াতে হয়, যেমন S-5 এবং S-6 কম্পোজিটগুলিতে পাওয়া যায়, এবং নমনীয়তা লিঙ্গ
এই গবেষণার ফলাফলগুলি বিভিন্ন কাঠামোগত উপকরণ এবং HEA-এর সাথে তুলনা করা হয়েছিল: (a) প্রসারণ বনাম ফলন শক্তি62, (b) নির্দিষ্ট ফলনের চাপ বনাম নমনীয়তা63 এবং (c) ফলন শক্তি বনাম কঠোরতা65।
SiC যোগ করার সাথে HEA CoCrFeNi সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে HEA-সিরামিক কম্পোজিটগুলির একটি সিরিজের মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছে এবং নিম্নলিখিত সিদ্ধান্তগুলি আঁকা হয়েছে:
উচ্চ এনট্রপি অ্যালয় কম্পোজিটগুলি আর্ক গলানোর পদ্ধতি ব্যবহার করে CoCrFeNi HEA-তে SiC যোগ করে সফলভাবে বিকাশ করা যেতে পারে।
চাপ গলানোর সময় SiC পচে যায়, যার ফলে কার্বাইড, সিলিসাইড এবং গ্রাফাইট পর্যায়ক্রমে গঠনের দিকে পরিচালিত করে, যার উপস্থিতি এবং ভলিউম ভগ্নাংশ বেস HEA-তে যোগ করা SiC-এর পরিমাণের উপর নির্ভর করে।
HEA কম্পোজিটগুলি অনেকগুলি চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, এমন বৈশিষ্ট্যগুলি যেগুলি ফলন শক্তি বনাম প্রসারিত প্লটের পূর্বে অব্যক্ত এলাকায় পড়ে। 37% নমনীয়তা বজায় রেখে 6 wt% SiC ব্যবহার করে তৈরি HEA কম্পোজিটের ফলন শক্তি বেস HEA এর থেকে আট গুণেরও বেশি।
HEA কম্পোজিটগুলির কঠোরতা এবং ফলন শক্তি বাল্ক মেটালিক গ্লাস (BMG) এর পরিসরে রয়েছে।
ফলাফলগুলি পরামর্শ দেয় যে উচ্চ-এনট্রপি অ্যালয় কম্পোজিটগুলি উন্নত কাঠামোগত অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ধাতু-যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির একটি চমৎকার সমন্বয় অর্জনের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিবদ্ধ পদ্ধতির প্রতিনিধিত্ব করে।
পোস্টের সময়: জুলাই-১২-২০২৩