CoCrFeNi on hästi uuritud näokeskne kuubikujuline (fcc) suure entroopiaga sulam (HEA), millel on suurepärane plastilisus, kuid piiratud tugevus. Selle uuringu keskmes on selliste HEA-de tugevuse ja plastilisuse tasakaalu parandamine, lisades kaarsulatusmeetodil erinevaid koguseid SiC. On kindlaks tehtud, et kroomi olemasolu alus-HEA-s põhjustab sulamise käigus ränikarbiidi lagunemist. Seega põhjustab vaba süsiniku interaktsioon kroomiga kroomkarbiidide moodustumist in situ, samal ajal kui vaba räni jääb alus-HEA lahusesse ja/või interakteerub elementidega, mis moodustavad alus-HEA, moodustades silitsiide. SiC sisalduse suurenedes muutub mikrostruktuuri faas järgmises järjestuses: fcc → fcc + eutektika → fcc + kroomkarbiidi helbed → fcc + kroomkarbiidi helbed + silitsiid → fcc + kroomkarbiidi helbed + silitsiid + grafiidikuulid / grafiidihelbed. Saadud komposiitidel on tavaliste sulamite ja suure entroopiaga sulamitega võrreldes väga lai valik mehaanilisi omadusi (voolavustugevus vahemikus 277 MPa 60% pikenemise korral kuni 2522 MPa 6% pikenemise korral). Mõned välja töötatud kõrge entroopiaga komposiidid näitavad suurepärast mehaaniliste omaduste kombinatsiooni (voolavus 1200 MPa, pikenemine 37%) ja hõivavad voolavuspinge-pikenemise diagrammil varem kättesaamatuid piirkondi. Lisaks märkimisväärsele venivusele on HEA-komposiitide kõvadus ja voolavuspiir samas suurusjärgus kui metallklaasidel. Seetõttu arvatakse, et kõrge entroopiaga komposiitide väljatöötamine võib aidata saavutada täiustatud struktuurirakenduste jaoks suurepärase mehaaniliste omaduste kombinatsiooni.
Suure entroopiaga sulamite väljatöötamine on paljutõotav uus kontseptsioon metallurgia1,2. Kõrge entroopiaga sulamid (HEA) on mitmel juhul näidanud suurepärast füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste kombinatsiooni, sealhulgas kõrge termiline stabiilsus3,4 superplastne pikenemine5,6 väsimuskindlus7,8 korrosioonikindlus9,10,11, suurepärane kulumiskindlus12,13,14 ,15 ja triboloogilised omadused15 ,16,17 isegi kõrgetel temperatuuridel18,19,20,21,22 ja mehaanilised omadused madalatel temperatuurid 23,24,25. HEA suurepärast mehaaniliste omaduste kombinatsiooni omistatakse tavaliselt neljale peamisele efektile, nimelt kõrgele konfiguratsioonilisele entroopiale26, tugevale võremoonutusele27, aeglasele difusioonile ja kokteiliefektile29. HEA-d liigitatakse tavaliselt FCC, BCC ja HCP tüüpideks. FCC HEA sisaldab tavaliselt üleminekuelemente nagu Co, Cr, Fe, Ni ja Mn ning sellel on suurepärane elastsus (isegi madalal temperatuuril25), kuid madal tugevus. BCC HEA koosneb tavaliselt suure tihedusega elementidest, nagu W, Mo, Nb, Ta, Ti ja V ning sellel on väga kõrge tugevus, kuid madal elastsus ja madal eritugevus30.
Mehaaniliste omaduste parima kombinatsiooni saamiseks on uuritud HEA mikrostruktuurilist modifikatsiooni, mis põhineb töötlemisel, termomehaanilisel töötlemisel ja elementide lisamisel. CoCrFeMnNi FCC HEA allutatakse tugevale plastilisele deformatsioonile kõrgsurve väändumise tõttu, mis toob kaasa kõvaduse (520 HV) ja tugevuse (1950 MPa) olulise suurenemise, kuid nanokristallilise mikrostruktuuri (~50 nm) areng muudab sulami rabedaks31 . On leitud, et mestimisplastilisuse (TWIP) ja transformatsioonist põhjustatud plastilisuse (TRIP) lisamine CoCrFeMnNi HEA-desse annab hea töökõlavuse, mille tulemuseks on kõrge tõmbe elastsus, ehkki tegelike tõmbetugevuse väärtuste arvelt. Alla (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA-s kihilise mikrostruktuuri (koosneb õhukesest deformeerunud kihist ja deformeerimata südamikust) moodustumine haavliga eemaldamise abil suurendas tugevust, kuid see paranemine piirdus ligikaudu 700 MPa33-ga. Parima tugevuse ja plastilisuse kombinatsiooniga materjalide otsimisel on uuritud ka mitmefaasiliste HEA-de ja eutektiliste HEA-de väljatöötamist, kasutades mitteisoatoomiliste elementide lisamist34,35,36,37,38,39,40,41. Tõepoolest, on leitud, et kõvade ja pehmete faaside peenem jaotus eutektilistes kõrge entroopiaga sulamites võib viia suhteliselt parema tugevuse ja plastilisuse kombinatsioonini 35, 38, 42, 43.
CoCrFeNi süsteem on laialdaselt uuritud ühefaasiline FCC kõrge entroopia sulam. Sellel süsteemil on kiire kõvenemisomadused44 ja suurepärane elastsus45,46 nii madalatel kui kõrgetel temperatuuridel. Selle suhteliselt madala tugevuse (~ 300 MPa) 47, 48 parandamiseks on tehtud mitmesuguseid katseid, sealhulgas tera rafineerimist25, heterogeenset mikrostruktuuri49, sadet 50, 51, 52 ja transformatsioonist põhjustatud plastilisust (TRIP)53. Valatud pinnakeskse kuubikujulise HEA CoCrFeNi tera viimistlemine külmtõmbamisega rasketes tingimustes suurendab tugevust umbes 300 MPa47,48-lt 1,2 GPa25-le, kuid vähendab elastsuse kadu enam kui 60%-lt 12,6%-le. Al lisamine CoCrFeNi HEA-le põhjustas heterogeense mikrostruktuuri moodustumise, mis suurendas selle voolavuspiiri 786 MPa-ni ja suhtelist pikenemist umbes 22% -ni49. CoCrFeNi HEA lisati koos Ti ja Al-ga, et moodustada sademeid, moodustades seeläbi sademete tugevnemise, suurendades selle voolavuspiiri 645 MPa-ni ja pikenemist 39% -ni51. TRIP-mehhanism (näokeskne kuubik → heksaeedriline martensiitne teisendus) ja mestimine suurendasid CoCrFeNi HEA tõmbetugevust 841 MPa-ni ja katkendlikkust 76% -ni53.
HEA näokesksele kuupmaatriksile on tehtud ka katseid lisada keraamilist tugevdust, et töötada välja suure entroopiaga komposiite, millel on parem tugevuse ja elastsuse kombinatsioon. Kõrge entroopiaga komposiite on töödeldud vaakumkaare sulatamise44, mehaanilise legeerimise45,46,47,48,52,53, sädeplasma paagutamise46,51,52, vaakumkuumpressimise45, kuumisostaatpressimise47,48 ja lisandite tootmisprotsesside väljatöötamise teel43, 50. Karbiide, oksiide ja nitriide, nagu WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 ja Y2O351, on HEA komposiitide väljatöötamisel kasutatud keraamilise tugevdusena. Õige HEA maatriksi ja keraamika valimine on eriti oluline tugeva ja vastupidava HEA komposiidi kavandamisel ja väljatöötamisel. Selles töös valiti maatriksmaterjaliks CoCrFeNi. CoCrFeNi HEA-le lisati erinevad kogused SiC ja uuriti nende mõju mikrostruktuurile, faasi koostisele ja mehaanilistele omadustele.
HEA komposiitide valmistamisel kasutati toorainena elementaarosakeste kujul kõrge puhtusastmega metalle Co, Cr, Fe ja Ni (99,95 massiprotsenti) ning SiC pulbrit (puhtus 99%, suurus -400 mesh). CoCrFeNi HEA isoatomiline koostis asetati esmalt poolkerakujulisse vesijahutusega vaskvormi ja seejärel evakueeriti kamber rõhuni 3,10-5 mbar. Kõrge puhtusastmega argoongaas viiakse sisse, et saavutada mittekuluvate volframelektroodidega kaarsulatamiseks vajalik vaakum. Saadud valuplokid pööratakse ümber ja sulatatakse uuesti viis korda, et tagada hea homogeensus. Erinevate kompositsioonide kõrge entroopiaga komposiidid valmistati, lisades saadud üheaatomilistele CoCrFeNi nuppudele teatud kogus SiC, mis homogeniseeriti igal juhul viiekordse inversiooni ja ümbersulatamise teel. Saadud komposiidist vormitud nupp lõigati edasiseks testimiseks ja iseloomustamiseks EDM-i abil. Mikrostruktuuriuuringute proovid valmistati standardsete metallograafiliste meetoditega. Esiteks uuriti proove valgusmikroskoobiga (Leica Microscope DM6M) ja tarkvaraga Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) kvantitatiivseks faasianalüüsiks. Faasanalüüsiks valiti kolm erinevatest piirkondadest tehtud pilti kogupindalaga umbes 27 000 µm2. Täiendavad üksikasjalikud mikrostruktuuriuuringud, sealhulgas keemilise koostise analüüs ja elementide jaotuse analüüs, viidi läbi skaneeriva elektronmikroskoobiga (JEOL JSM-6490LA), mis oli varustatud energia hajutava spektroskoopia (EDS) analüüsisüsteemiga. HEA komposiidi kristallstruktuuri iseloomustamine viidi läbi röntgendifraktsioonisüsteemi (Bruker D2 faasinihutaja) abil, kasutades CuKa allikat sammusuurusega 0,04°. Mikrostruktuuriliste muutuste mõju HEA komposiitide mehaanilistele omadustele uuriti Vickersi mikrokõvadustestide ja survetestide abil. Kõvaduskatse jaoks rakendatakse 15 sekundiks 500 N koormust, kasutades proovi kohta vähemalt 10 süvendit. HEA komposiitide survekatsed toatemperatuuril viidi läbi ristkülikukujuliste proovidega (7 mm × 3 mm × 3 mm) Shimadzu 50KN universaalse testimismasinaga (UTM) esialgse deformatsioonikiirusega 0, 001 / s.
Kõrge entroopiaga komposiidid, edaspidi viidatud kui proovid S-1 kuni S-6, valmistati, lisades CoCrFeNi maatriksile 3%, 6%, 9%, 12%, 15% ja 17% SiC (kõik massi järgi). . vastavalt. Võrdlusproovi, millele ei lisatud SiC, nimetatakse edaspidi prooviks S-0. Välja töötatud HEA komposiitide optilised mikropildid on näidatud joonistel fig. 1, kus erinevate lisandite lisamise tõttu muudeti CoCrFeNi HEA ühefaasiline mikrostruktuur mikrostruktuuriks, mis koosnes paljudest erineva morfoloogia, suuruse ja jaotusega faasidest. SiC kogus koostises. Iga faasi kogus määrati kujutise analüüsi põhjal, kasutades tarkvara LAS Phase Expert. Joonise 1 sisestus (paremal ülaservas) näitab selle analüüsi näidisala, samuti iga faasikomponendi pindala.
Arendatud suure entroopiaga komposiitide optilised mikropildid: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ja (f) C- 6. Sisend näitab kontrastipõhise kujutise faasianalüüsi tulemuste näidet, kasutades tarkvara LAS Phase Expert.
Nagu on näidatud joonisel fig. 1a, C-1 komposiidi maatriksimahtude vahele moodustunud eutektiline mikrostruktuur, kus maatriksi ja eutektiliste faaside kogus on hinnanguliselt vastavalt 87,9 ± 0,47% ja 12,1% ± 0,51%. Joonisel fig 1b kujutatud komposiidis (C-2) ei esine tahkumise ajal eutektilise reaktsiooni märke ja täheldatakse komposiidi C-1 omast täiesti erinevat mikrostruktuuri. C-2 komposiidi mikrostruktuur on suhteliselt peen ja koosneb õhukestest plaatidest (karbiididest), mis on ühtlaselt jaotunud maatriksfaasis (fcc). Maatriksi ja karbiidi mahuosa on hinnanguliselt vastavalt 72 ± 1,69% ja 28 ± 1,69%. Lisaks maatriksile ja karbiidile leiti C-3 komposiidist uus faas (silitsiid), nagu on näidatud joonisel 1c, kus selliste silitsiid-, karbiidi- ja maatriksifaaside mahuosa on hinnanguliselt umbes 26,5% ± vastavalt 0,41%, 25,9 ± 0,53 ja 47,6 ± 0,34. C-4 komposiidi mikrostruktuuris täheldati ka teist uut faasi (grafiiti); kokku tuvastati neli faasi. Grafiidifaasil on selge kerakujuline kuju, millel on tume kontrastsus optilistes kujutistes ja seda esineb ainult väikestes kogustes (hinnanguline mahuosa on ainult umbes 0, 6 ± 0, 30%). Komposiitides C-5 ja C-6 tuvastati ainult kolm faasi ja nende komposiitide tume kontrastne grafiidifaas ilmub helveste kujul. Composite S-5 grafiidihelvestega võrreldes on Composite S-6 grafiidihelbed laiemad, lühemad ja korrapärasemad. Täheldati ka vastavat grafiidisisalduse suurenemist 14,9 ± 0,85%-lt komposiidis C-5 kuni 17,4 ± 0,55%-ni komposiidis C-6.
HEA komposiidi iga faasi üksikasjaliku mikrostruktuuri ja keemilise koostise edasiseks uurimiseks uuriti proove SEM-i abil ning viidi läbi ka EMF-punktide analüüs ja keemiline kaardistamine. Komposiit C-1 tulemused on näidatud joonisel fig. 2, kus on selgelt näha põhimaatriksi faasi piirkondi eraldavate eutektiliste segude olemasolu. Komposiidi C-1 keemiline kaart on näidatud joonisel 2c, kus on näha, et Co, Fe, Ni ja Si on maatriksifaasis ühtlaselt jaotunud. Siiski leiti maatriksifaasis väike kogus Cr-i võrreldes teiste baas-HEA elementidega, mis viitab sellele, et Cr hajus maatriksist välja. SEM-pildi valge eutektilise faasi koostis on rikas kroomi ja süsiniku poolest, mis näitab, et tegemist on kroomkarbiidiga. Diskreetsete SiC osakeste puudumine mikrostruktuuris koos täheldatud madala kroomi sisaldusega maatriksis ja kroomirikkaid faase sisaldavate eutektiliste segude olemasoluga viitab SiC täielikule lagunemisele sulamise ajal. SiC lagunemise tulemusena lahustub räni maatriksfaasis ja vaba süsinik interakteerub kroomiga, moodustades kroomkarbiidid. Nagu näha, määrati EMF-meetodiga kvalitatiivselt ainult süsinik ja faasi moodustumist kinnitas iseloomulike karbiidi piikide tuvastamine röntgendifraktsioonimustrites.
(a) SEM-pilt proovist S-1, (b) suurendatud pilt, (c) elementide kaart, (d) EMF-i tulemused näidatud kohtades.
Komposiidi C-2 analüüs on näidatud joonisel fig. 3. Sarnaselt optilise mikroskoopiaga ilmnemisele näitas SEM-uuring peenstruktuuri, mis koosnes ainult kahest faasist, kusjuures õhuke lamellfaas oli ühtlaselt jaotunud kogu struktuuris. maatriksifaas ja eutektilist faasi ei ole. Lamellfaasi elementide jaotuse ja EMF-punktide analüüs näitas, et selles faasis on suhteliselt kõrge Cr (kollane) ja C (roheline) sisaldus, mis viitab taas SiC lagunemisele sulamise ajal ja vabaneva süsiniku koostoimele kroomi efektiga. . VEA maatriks moodustab lamellkarbiidi faasi. Elementide jaotus ja maatriksifaasi punktanalüüs näitasid, et maatriksfaasis on suurem osa koobaltist, rauast, niklist ja ränist.
(a) SEM-pilt proovist S-2, (b) suurendatud pilt, (c) elementide kaart, (d) EMF-i tulemused näidatud kohtades.
C-3 komposiitide SEM-uuringud näitasid lisaks karbiidi- ja maatriksifaasidele ka uute faaside olemasolu. Elementaarkaart (joonis 4c) ja EMF-punktide analüüs (joonis 4d) näitavad, et uus faas on rikas nikli, koobalti ja räni poolest.
(a) SEM-pilt proovist S-3, (b) suurendatud pilt, (c) elementide kaart, (d) EMF-tulemused näidatud kohtades.
C-4 komposiidi SEM- ja EMF-analüüsi tulemused on näidatud joonistel fig. 5. Lisaks komposiidis C-3 täheldatud kolmele faasile leiti ka grafiidisõlmede olemasolu. Ränirikka faasi mahuosa on samuti suurem kui C-3 komposiidil.
(a) SEM-pilt proovist S-4, (b) suurendatud pilt, (c) elementide kaart, (d) EMF-tulemused näidatud kohtades.
Komposiitide S-5 ja S-6 SEM- ja EMF-spektrite tulemused on näidatud vastavalt joonistel 1 ja 2. 6 ja 7. Lisaks vähesele hulgale keradele täheldati ka grafiidihelveste esinemist. Nii grafiidihelveste arv kui ka räni sisaldava faasi mahuosa C-6 komposiidis on suuremad kui komposiidis C-5.
(a) SEM-pilt proovist C-5, (b) suurendatud vaade, (c) elementaarkaart, (d) EMF-i tulemused näidatud kohtades.
(a) SEM-pilt proovist S-6, (b) suurendatud pilt, (c) elementide kaart, (d) EMF-i tulemused näidatud kohtades.
HEA komposiitide kristallstruktuuri iseloomustamine viidi läbi ka XRD mõõtmiste abil. Tulemus on näidatud joonisel 8. Aluse WEA (S-0) difraktsioonimustris on näha ainult fcc faasile vastavad piigid. Komposiitide C-1, C-2 ja C-3 röntgendifraktsioonimustrid näitasid kroomkarbiidile (Cr7C3) vastavate täiendavate piikide olemasolu ja nende intensiivsus oli proovide C-3 ja C-4 puhul madalam, mis näitas et ka nende proovide EMF andmetega. Proovide S-3 ja S-4 puhul täheldati Co/Ni silitsiididele vastavaid piike, mis on jällegi kooskõlas joonistel 2 ja 3 näidatud EDS-i kaardistamise tulemustega. Nagu on näidatud joonistel 3 ja 4, täheldati 5 ja S-6 piike. mis vastab grafiidile.
Nii väljatöötatud komposiitide mikrostruktuurilised kui ka kristallograafilised omadused näitasid lisatud SiC lagunemist. Selle põhjuseks on kroomi sisaldus VEA maatriksis. Kroomil on väga tugev afiinsus süsiniku 54,55 suhtes ja see reageerib vaba süsinikuga, moodustades karbiide, mida näitab maatriksi kroomisisalduse vähenemine. Si läheb SiC56 dissotsiatsiooni tõttu fcc faasi. Seega põhjustas SiC lisamise suurenemine baas-HEA-le karbiidi faasi ja vaba Si koguse suurenemist mikrostruktuuris. On leitud, et see täiendav Si sadestub maatriksisse madalates kontsentratsioonides (komposiitides S-1 ja S-2), samas kui suuremates kontsentratsioonides (komposiidid S-3 kuni S-6) põhjustab see täiendavat koobalti sadestumist/. nikli silitsiid. Co- ja Ni-silikiidide moodustumise standardne entalpia, mis saadakse otsese sünteesi kõrgtemperatuurse kalorimeetria abil, on vastavalt -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 vastavalt Co2Si, CoSi ja CoSi2 korral, samas kui need väärtused on – 50,6 ± 1,7 ja – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157 Ni2Si ja Ni5Si2 jaoks. Need väärtused on madalamad kui SiC moodustumise kuumus, mis näitab, et Co/Ni silitsiidide moodustumiseni viiv SiC dissotsiatsioon on energeetiliselt soodne. Nii S-5 kui ka S-6 komposiitides esines täiendavalt vaba räni, mis imendus pärast silitsiidide moodustumist. On leitud, et see vaba räni aitab kaasa tavaliste teraste grafitiseerumisele58.
HEA-l põhinevate väljatöötatud keraamilise armeeringuga komposiitide mehaanilisi omadusi uuritakse survetestide ja kõvadustestidega. Välja töötatud komposiitide pinge-deformatsiooni kõverad on näidatud joonistel fig. 9a ja joonisel 9b on hajuvusdiagramm väljatöötatud komposiitide spetsiifilise voolavuspiiri, voolavuspiiri, kõvaduse ja venivuse vahel.
(a) survede deformatsioonikõverad ja (b) hajuvusdiagrammid, mis näitavad spetsiifilist voolavuspiiri, voolavuspiiri, kõvadust ja pikenemist. Pange tähele, et näidatud on ainult proovid S-0 kuni S-4, kuna näidistel S-5 ja S-6 on olulisi valuvigu.
Nagu näha joonisel fig. Nagu on näidatud joonisel 9, tõusis voolavuspiir 136 MPa baasi VES (C-0) puhul 2522 MPa-ni komposiidi C-4 puhul. Võrreldes põhilise WPP-ga näitas S-2 komposiit väga head pikenemist kuni purunemiseni, umbes 37%, ja näitas ka oluliselt kõrgemaid voolavuspiiri väärtusi (1200 MPa). Selle komposiidi suurepärane tugevuse ja plastilisuse kombinatsioon on tingitud üldise mikrostruktuuri paranemisest, sealhulgas peenkarbiidist lamellide ühtlasest jaotumisest kogu mikrostruktuuris, mis eeldatavasti pärsib dislokatsiooni liikumist. Komposiitide C-3 ja C-4 voolavuspiirid on vastavalt 1925 MPa ja 2522 MPa. Neid kõrge voolavuspiiri võib seletada tsementeeritud karbiidi ja silitsiidfaaside suure mahuosaga. Kuid nende faaside olemasolu põhjustas ka katkemise pikenemise vaid 7%. Aluskomposiitide CoCrFeNi HEA (S-0) ja S-1 pinge-deformatsiooni kõverad on kumerad, mis näitab mestimisefekti ehk TRIP59,60 aktiveerumist. Võrreldes prooviga S-1 on proovi S-2 pinge-deformatsiooni kõver nõgusa kujuga deformatsioonil umbes 10,20%, mis tähendab, et normaalne dislokatsiooni libisemine on selles deformeerunud olekus proovi peamine deformatsioonirežiim60,61 . Kõvenemiskiirus selles proovis jääb aga suures deformatsioonivahemikus kõrgeks ja suuremate deformatsioonide korral on näha ka üleminek kumerusele (kuigi ei saa välistada, et selle põhjuseks on määritud survekoormuste ebaõnnestumine). ). Komposiitidel C-3 ja C-4 on ainult piiratud plastilisus, kuna mikrostruktuuris on suuremahulisi karbiidide ja silitsiidide fraktsioone. Komposiitide C-5 ja C-6 proovide survekatseid ei tehtud, kuna neil komposiitide proovidel esines olulisi valudefekte (vt joonis 10).
Stereomikrograafid valudefektidest (tähistatud punaste nooltega) komposiitide C-5 ja C-6 näidistel.
VEA komposiitide kõvaduse mõõtmise tulemused on näidatud joonistel fig. 9b. WEA baasi kõvadus on 130±5 HV ning proovide S-1, S-2, S-3 ja S-4 kõvadusväärtused on 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV ja 755±20 HV. Kõvaduse tõus oli hästi kooskõlas survekatsetest saadud voolavuspiiri muutusega ja oli seotud tahkete ainete hulga suurenemisega komposiidis. Iga proovi sihtkoostise põhjal arvutatud erivoolavuspiir on samuti näidatud joonisel fig. 9b. Üldiselt on komposiit C-2 puhul parim voolavuspiiri (1200 MPa), kõvaduse (275 ± 10 HV) ja suhtelise venivuse kuni purunemiseni (~37%) kombinatsioon.
Väljatöötatud komposiidi voolavuspiiri ja suhtelise pikenemise võrdlus erinevate klasside materjalidega on näidatud joonisel 11a. Selles uuringus CoCrFeNil põhinevad komposiidid näitasid suurt pikenemist mis tahes stressitasemel62. Samuti on näha, et selles uuringus välja töötatud HEA komposiitide omadused asuvad voolavuspiiri ja pikenemise graafiku varem hõivamata piirkonnas. Lisaks on väljatöötatud komposiitidel lai valik tugevuse (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa ja 2522 MPa) ja venivuse (>60%, 37%, 7,3% ja 6,19%) kombinatsioone. Voolutugevus on ka oluline tegur materjalide valikul kõrgtehnoloogiliste rakenduste jaoks63,64. Sellega seoses on käesoleva leiutise HEA komposiitidel suurepärane voolavuspiiri ja pikenemise kombinatsioon. Selle põhjuseks on asjaolu, et väikese tihedusega SiC lisamise tulemuseks on kõrge spetsiifilise voolavuspiiriga komposiidid. HEA komposiitide spetsiifiline voolavuspiir ja pikenemine on samas vahemikus kui HEA FCC ja tulekindla HEA, nagu on näidatud joonisel 11b. Väljatöötatud komposiitide kõvadus ja voolavuspiir on samas vahemikus, mis massiivsetel metallklaasidel65 (joonis 11c). Massiivseid metallklaase (BMS) iseloomustab kõrge kõvadus ja voolavuspiir, kuid nende pikenemine on piiratud66,67. Kuid mõnede selles uuringus välja töötatud HEA komposiitide kõvadus ja voolavuspiir näitasid ka olulist pikenemist. Seega jõuti järeldusele, et VEA poolt välja töötatud komposiitidel on ainulaadne ja nõutud mehaaniliste omaduste kombinatsioon erinevate konstruktsioonirakenduste jaoks. Seda ainulaadset mehaaniliste omaduste kombinatsiooni saab seletada FCC HEA maatriksis in situ moodustunud kõvade karbiidide ühtlase hajutamisega. Kuid osana eesmärgist saavutada parem tugevuse kombinatsioon, tuleb keraamiliste faaside lisamisest tulenevaid mikrostruktuurilisi muutusi hoolikalt uurida ja kontrollida, et vältida valudefekte, nagu S-5 ja S-6 komposiitide puhul. plastilisus. sugu.
Selle uuringu tulemusi võrreldi erinevate konstruktsioonimaterjalide ja HEA-dega: (a) pikenemine versus voolavuspiir62, (b) spetsiifiline voolavuspiir versus elastsus63 ja (c) voolavuspiir versus kõvadus65.
Uuriti HEA CoCrFeNi süsteemil põhinevate HEA-keraamiliste komposiitide seeria mikrostruktuuri ja mehaanilisi omadusi koos SiC lisamisega ning on tehtud järgmised järeldused:
Kõrge entroopiaga sulamite komposiite saab edukalt välja töötada, lisades kaarsulatusmeetodil CoCrFeNi HEA-le SiC.
SiC laguneb kaare sulamise käigus, mille tulemusel moodustuvad in situ karbiidi-, silitsiid- ja grafiidifaasid, mille olemasolu ja mahuosa sõltuvad baas-HEA-le lisatud SiC kogusest.
HEA komposiitidel on palju suurepäraseid mehaanilisi omadusi, mille omadused langevad voolavuspiiri ja pikenemise diagrammil varem hõivamata aladele. 6 massiprotsendist SiC-st valmistatud HEA-komposiidi voolavuspiir oli enam kui kaheksa korda suurem kui põhi-HEA-st, säilitades samal ajal 37% plastilisuse.
HEA-komposiitide kõvadus ja voolavuspiir on mahuliste metallklaaside (BMG) vahemikus.
Tulemused viitavad sellele, et kõrge entroopiaga sulamist komposiidid kujutavad endast paljutõotavat lähenemisviisi metallide mehaaniliste omaduste suurepärase kombinatsiooni saavutamiseks täiustatud struktuurirakenduste jaoks.
Postitusaeg: juuli-12-2023