کامپوزیت های مبتنی بر HEA تقویت شده با سرامیک ترکیبی عالی از خواص مکانیکی را نشان می دهند.

CoCrFeNi یک آلیاژ مکعبی (fcc) با آنتروپی بالا (HEA) با شکل‌پذیری عالی اما استحکام محدود است که به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. تمرکز این مطالعه بر بهبود توازن استحکام و شکل‌پذیری چنین HEA با افزودن مقادیر مختلف SiC با استفاده از روش ذوب قوس است. مشخص شده است که وجود کروم در HEA پایه باعث تجزیه SiC در طی ذوب می شود. بنابراین، برهمکنش کربن آزاد با کروم منجر به تشکیل درجا کاربیدهای کروم می‌شود، در حالی که سیلیکون آزاد در محلول در HEA پایه باقی می‌ماند و/یا با عناصر تشکیل‌دهنده HEA پایه تعامل می‌کند تا سیلیسیدها را تشکیل دهد. با افزایش محتوای SiC، فاز ریزساختار به ترتیب زیر تغییر می‌کند: fcc → fcc + یوتکتیک → fcc + پره‌های کاربید کروم → fcc + پره‌های کاربید کروم + سیلیسید → fcc + پوسته‌های کاربید کروم + سیلیسید + توپ‌های گرافیت / تکه‌های گرافیت. کامپوزیت های به دست آمده طیف وسیعی از خواص مکانیکی (مقاومت تسلیم از 277 مگاپاسکال در ازدیاد طول بیش از 60 درصد تا 2522 مگاپاسکال در طول کشیدگی 6 درصد) را در مقایسه با آلیاژهای معمولی و آلیاژهای آنتروپی بالا نشان می دهند. برخی از کامپوزیت های آنتروپی بالا توسعه یافته ترکیبی عالی از خواص مکانیکی (مقاومت تسلیم 1200 مگاپاسکال، ازدیاد طول 37٪) را نشان می دهند و مناطقی را که قبلاً دست نیافتنی در نمودار تنش تسلیم-طولانی شدن اشغال می کنند. علاوه بر ازدیاد طول قابل توجه، سختی و استحکام تسلیم کامپوزیت های HEA در محدوده مشابه شیشه های فلزی حجیم است. بنابراین، اعتقاد بر این است که توسعه کامپوزیت های با آنتروپی بالا می تواند به دستیابی به ترکیبی عالی از خواص مکانیکی برای کاربردهای ساختاری پیشرفته کمک کند.
توسعه آلیاژهای آنتروپی بالا یک مفهوم جدید امیدوارکننده در متالورژی است. آلیاژهای آنتروپی بالا (HEA) در تعدادی از موارد ترکیبی عالی از خواص فیزیکی و مکانیکی، از جمله پایداری حرارتی بالا3،4 کشیدگی فوق پلاستیک5،6 مقاومت در برابر خستگی7،8 مقاومت در برابر خوردگی9،10،11، مقاومت در برابر سایش عالی12،13،14 را نشان داده‌اند. ,15 و خواص تریبولوژیکی15,16,17 حتی در دماهای بالا18,19,20,21,22 و مکانیکی خواص در دماهای پایین 23،24،25. ترکیب عالی خواص مکانیکی در HEA معمولاً به چهار اثر اصلی نسبت داده می شود، یعنی آنتروپی پیکربندی بالا26، اعوجاج شبکه قوی27، انتشار آهسته و اثر کوکتل29. HEA ها معمولاً به عنوان انواع FCC، BCC و HCP طبقه بندی می شوند. FCC HEA به طور معمول شامل عناصر انتقالی مانند Co، Cr، Fe، Ni و Mn است و شکل پذیری عالی (حتی در دمای پایین 25) اما استحکام پایین را نشان می دهد. BCC HEA معمولا از عناصر با چگالی بالا مانند W، Mo، Nb، Ta، Ti و V تشکیل شده است و دارای استحکام بسیار بالا اما شکل پذیری کم و استحکام ویژه پایین است.
اصلاح ریزساختاری HEA بر اساس ماشینکاری، پردازش حرارتی مکانیکی و افزودن عناصر برای به دست آوردن بهترین ترکیب از خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. CoCrFeMnNi FCC HEA در معرض تغییر شکل پلاستیک شدید توسط پیچش فشار بالا قرار می گیرد که منجر به افزایش قابل توجه سختی (520 HV) و استحکام (1950 مگاپاسکال) می شود، اما توسعه یک ریزساختار نانوکریستالی (~50 نانومتر) آلیاژ را شکننده می کند. . مشخص شده است که ادغام شکل‌پذیری دوقلویی (TWIP) و پلاستیسیته ناشی از تبدیل (TRIP) در CoCrFeMnNi HEA ها، سختی کاری خوبی را ایجاد می‌کند که منجر به شکل‌پذیری کششی بالا می‌شود، البته به قیمت مقادیر واقعی استحکام کششی. زیر (1124 مگاپاسکال) 32. تشکیل یک ریزساختار لایه ای (شامل یک لایه نازک تغییر شکل یافته و یک هسته تغییر شکل نیافته) در CoCrFeMnNi HEA با استفاده از شات پینینگ منجر به افزایش قدرت شد، اما این بهبود به حدود 700 MPa33 محدود شد. در جستجوی موادی با بهترین ترکیب استحکام و شکل پذیری، توسعه HEA های چند فازی و HEA های یوتکتیک با استفاده از عناصر غیر ایزواتمی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع، مشخص شده است که توزیع دقیق‌تر فازهای سخت و نرم در آلیاژهای یوتکتیک با آنتروپی بالا می‌تواند به ترکیب نسبتاً بهتری از استحکام و شکل‌پذیری منجر شود.
سیستم CoCrFeNi یک آلیاژ تک فاز FCC با آنتروپی بالا است که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. این سیستم خواص سخت شدن سریع کار44 و شکل پذیری عالی45،46 را در دماهای پایین و بالا نشان می دهد. تلاش های مختلفی برای بهبود استحکام نسبتا کم آن (~300 مگاپاسکال) 47,48 انجام شده است که شامل پالایش دانه 25، ریزساختار ناهمگن49، بارش 50،51،52 و شکل پذیری ناشی از تبدیل (TRIP)53 می شود. پالایش دانه HEA CoCrFeNi مکعبی به‌وسیله کشش سرد در شرایط سخت، استحکام را از حدود 300 MPa47.48 به 1.2 GPa25 افزایش می‌دهد، اما از دست دادن شکل‌پذیری را از بیش از 60 درصد به 12.6 درصد کاهش می‌دهد. افزودن Al به HEA CoCrFeNi منجر به تشکیل یک ریزساختار ناهمگن شد که قدرت تسلیم آن را به 786 مگاپاسکال و ازدیاد طول نسبی آن را به حدود 22% افزایش داد. CoCrFeNi HEA با Ti و Al اضافه شد تا رسوب تشکیل دهد، در نتیجه تقویت بارش ایجاد شد، استحکام تسلیم آن به 645 مگاپاسکال و ازدیاد طول به 39٪ 51 افزایش یافت. مکانیسم TRIP (مکعب محور → تبدیل مارتنزیتی شش وجهی) و دوقلویی استحکام کششی CoCrFeNi HEA را به 841 مگاپاسکال و ازدیاد طول در شکست را به 76% افزایش داد.
همچنین تلاش‌هایی برای افزودن تقویت‌کننده سرامیکی به ماتریس مکعبی HEA صورت گرفته تا کامپوزیت‌هایی با آنتروپی بالا که می‌توانند ترکیب بهتری از استحکام و شکل‌پذیری را نشان دهند، اضافه شود. کامپوزیت های با آنتروپی بالا توسط ذوب قوس خلاء44، آلیاژ مکانیکی45،46،47،48،52،53، تف جوشی پلاسمای جرقه ای46،51،52، پرس گرم خلاء45، پرس ایزواستاتیک گرم47،48 و توسعه فرآیندهای افزودنی فرآوری شده اند. 50. کاربیدها، اکسیدها و نیتریدها مانند WC44، 45، 46، Al2O347، SiC48، TiC43، 49، TiN50 و Y2O351 به عنوان تقویت کننده سرامیکی در توسعه کامپوزیت های HEA استفاده شده اند. انتخاب ماتریس و سرامیک HEA مناسب به ویژه هنگام طراحی و توسعه یک کامپوزیت HEA قوی و بادوام اهمیت دارد. در این کار، CoCrFeNi به عنوان ماده ماتریس انتخاب شد. مقادیر مختلفی از SiC به CoCrFeNi HEA اضافه شد و تأثیر آنها بر ریزساختار، ترکیب فاز و خواص مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت.
فلزات با خلوص بالا Co، Cr، Fe و Ni (99.95 درصد وزنی) و پودر SiC (خلوص 99٪، اندازه مش 400-) به شکل ذرات بنیادی به عنوان مواد اولیه برای ایجاد کامپوزیت HEA استفاده شد. ترکیب ایزواتمی CoCrFeNi HEA ابتدا در یک قالب مسی نیمکره ای خنک شده با آب قرار داده شد و سپس محفظه به 3 · 10-5 mbar تخلیه شد. گاز آرگون با خلوص بالا برای دستیابی به خلاء مورد نیاز برای ذوب قوس با الکترودهای تنگستن غیر مصرفی معرفی می شود. شمش های به دست آمده معکوس شده و پنج بار ذوب می شوند تا از همگنی خوب اطمینان حاصل شود. کامپوزیت‌های با آنتروپی بالا از ترکیب‌های مختلف با افزودن مقدار مشخصی SiC به دکمه‌های CoCrFeNi معادل اتمی تهیه شدند که با وارونگی پنج برابری و ذوب مجدد در هر مورد مجدداً همگن شدند. دکمه قالب‌گیری شده از کامپوزیت به‌دست‌آمده با استفاده از EDM برای آزمایش‌ها و خصوصیات بیشتر بریده شد. نمونه هایی برای مطالعات ریزساختاری بر اساس روش های متالوگرافی استاندارد تهیه شد. ابتدا نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ نوری (Leica Microscope DM6M) با نرم افزار Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) برای تجزیه و تحلیل فاز کمی مورد بررسی قرار گرفتند. سه تصویر گرفته شده در مناطق مختلف با مساحت کل حدود 27000 میکرومتر مربع برای تجزیه و تحلیل فاز انتخاب شدند. مطالعات ریزساختاری دقیق بیشتر، از جمله تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی و تجزیه و تحلیل توزیع عنصر، بر روی یک میکروسکوپ الکترونی روبشی (JEOL JSM-6490LA) مجهز به یک سیستم تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDS) انجام شد. توصیف ساختار کریستالی کامپوزیت HEA با استفاده از سیستم پراش اشعه ایکس (تغییرگر فاز Bruker D2) با استفاده از منبع CuKα با اندازه گام 0.04 درجه انجام شد. اثر تغییرات ریزساختاری بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های HEA با استفاده از تست‌های ریزسختی ویکرز و تست‌های فشرده‌سازی مورد بررسی قرار گرفت. برای آزمایش سختی، بار 500 نیوتن برای 15 ثانیه با حداقل 10 فرورفتگی در هر نمونه اعمال می شود. آزمایش‌های فشرده‌سازی کامپوزیت‌های HEA در دمای اتاق بر روی نمونه‌های مستطیلی (7 میلی‌متر × 3 میلی‌متر × 3 میلی‌متر) بر روی دستگاه آزمایش جهانی 50KN Shimadzu (UTM) با نرخ کرنش اولیه 0.001/s انجام شد.
کامپوزیت های آنتروپی بالا، که از این پس به عنوان نمونه های S-1 تا S-6 نامیده می شوند، با افزودن 3٪، 6٪، 9٪، 12٪، 15٪ و 17٪ SiC (همه وزنی٪) به یک ماتریس CoCrFeNi تهیه شدند. . به ترتیب. نمونه مرجعی که SiC به آن اضافه نشده است، از این پس نمونه S-0 نامیده می شود. میکروگراف های نوری کامپوزیت های HEA توسعه یافته در شکل ها نشان داده شده است. 1، که در آن، به دلیل افزودن مواد افزودنی مختلف، ریزساختار تک فاز CoCrFeNi HEA به یک ریزساختار متشکل از بسیاری از فازها با مورفولوژی، اندازه‌ها و توزیع متفاوت تبدیل شد. مقدار SiC موجود در ترکیب. مقدار هر فاز از تحلیل تصویر با استفاده از نرم افزار LAS Phase Expert تعیین شد. ورودی به شکل 1 (بالا سمت راست) یک منطقه نمونه برای این تجزیه و تحلیل، و همچنین کسر مساحت برای هر جزء فاز را نشان می دهد.
میکروگراف های نوری کامپوزیت های توسعه یافته با آنتروپی بالا: (الف) C-1، (ب) C-2، (ج) C-3، (د) C-4، (ه) C-5 و (f) C- 6. قسمت داخلی نمونه ای از نتایج تحلیل فاز تصویر مبتنی بر کنتراست را با استفاده از نرم افزار LAS Phase Expert نشان می دهد.
همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1a، یک ریزساختار یوتکتیک بین حجم های ماتریس کامپوزیت C-1 تشکیل شده است، که در آن مقدار ماتریس و فاز یوتکتیک به ترتیب 0.47 ± 87.9 % و 0.51 ± 12.1 % تخمین زده می شود. در کامپوزیت (C-2) نشان داده شده در شکل 1b، هیچ نشانه ای از واکنش یوتکتیک در طول انجماد وجود ندارد و یک ریزساختار کاملاً متفاوت از کامپوزیت C-1 مشاهده می شود. ریزساختار کامپوزیت C-2 نسبتاً ظریف است و از صفحات نازک (کاربیدها) تشکیل شده است که به طور یکنواخت در فاز ماتریس (fcc) توزیع شده اند. کسر حجمی ماتریس و کاربید به ترتیب 1.69 ± 72 درصد و 1.69 ± 28 درصد برآورد شده است. علاوه بر ماتریکس و کاربید، فاز جدیدی (سیلیسید) در کامپوزیت C-3 یافت شد، همانطور که در شکل 1c نشان داده شده است، که در آن کسر حجمی این فازهای سیلیسید، کاربید و ماتریس در حدود 26.5% ± تخمین زده شده است. 0.41٪، 0.53 ± 25.9، و 0.34 ± 47.6، به ترتیب. فاز جدید دیگری (گرافیت) نیز در ریزساختار کامپوزیت C-4 مشاهده شد. در مجموع چهار فاز شناسایی شد. فاز گرافیت دارای یک شکل کروی مشخص با کنتراست تیره در تصاویر نوری است و فقط در مقادیر کمی وجود دارد (کسر حجمی تخمینی تنها حدود 0.6 ± 0.30٪ است). در کامپوزیت‌های C-5 و C-6، تنها سه فاز شناسایی شد و فاز گرافیت متضاد تیره در این کامپوزیت‌ها به شکل ورقه‌ای ظاهر می‌شود. در مقایسه با ورقه های گرافیت در کامپوزیت S-5، دانه های گرافیت در کامپوزیت S-6 پهن تر، کوتاه تر و منظم تر هستند. افزایش متناظر در محتوای گرافیت نیز از 0.85 ± 14.9 درصد در کامپوزیت C-5 به حدود 17.4 ± 0.55 درصد در کامپوزیت C-6 مشاهده شد.
برای بررسی بیشتر ریزساختار دقیق و ترکیب شیمیایی هر فاز در کامپوزیت HEA، نمونه‌ها با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفتند و تجزیه و تحلیل نقطه‌ای EMF و نقشه‌برداری شیمیایی نیز انجام شد. نتایج برای کامپوزیت C-1 در شکل نشان داده شده است. 2، که در آن وجود مخلوط‌های یوتکتیکی که نواحی فاز ماتریس اصلی را از هم جدا می‌کنند به وضوح دیده می‌شود. نقشه شیمیایی کامپوزیت C-1 در شکل 2c نشان داده شده است، جایی که می توان مشاهده کرد که Co، Fe، Ni و Si به طور یکنواخت در فاز ماتریس توزیع شده اند. با این حال، مقدار کمی کروم در فاز ماتریس در مقایسه با سایر عناصر پایه HEA یافت شد که نشان می‌دهد کروم به بیرون از ماتریس منتشر شده است. ترکیب فاز یوتکتیک سفید در تصویر SEM سرشار از کروم و کربن است که نشان می دهد کاربید کروم است. عدم وجود ذرات SiC گسسته در ریزساختار، همراه با محتوای کم کروم مشاهده شده در ماتریس و وجود مخلوط‌های یوتکتیک حاوی فازهای غنی از کروم، نشان‌دهنده تجزیه کامل SiC در طول ذوب است. در نتیجه تجزیه SiC، سیلیکون در فاز ماتریکس حل می شود و کربن آزاد با کروم برهمکنش می کند و کاربیدهای کروم را تشکیل می دهد. همانطور که مشاهده می شود، تنها کربن از نظر کیفی با روش EMF تعیین شد و تشکیل فاز با شناسایی پیک های کاربید مشخصه در الگوهای پراش اشعه ایکس تأیید شد.
(الف) تصویر SEM از نمونه S-1، (ب) تصویر بزرگ شده، (ج) نقشه عنصر، (د) نتایج EMF در مکان‌های مشخص شده.
تجزیه و تحلیل کامپوزیت C-2 در شکل نشان داده شده است. 3. مشابه ظاهر در میکروسکوپ نوری، بررسی SEM ساختار ظریفی را نشان داد که تنها از دو فاز تشکیل شده است، با حضور یک فاز لایه ای نازک که به طور مساوی در سراسر ساختار توزیع شده است. فاز ماتریس، و هیچ فاز یوتکتیک وجود ندارد. توزیع عنصر و تجزیه و تحلیل نقطه ای EMF فاز لایه ای محتوای نسبتاً بالایی از کروم (زرد) و C (سبز) را در این فاز نشان داد که باز هم نشان دهنده تجزیه SiC در طی ذوب و برهمکنش کربن آزاد شده با اثر کروم است. . ماتریس VEA یک فاز کاربید لایه ای را تشکیل می دهد. توزیع عناصر و تحلیل نقطه ای فاز ماتریس نشان داد که بیشتر کبالت، آهن، نیکل و سیلیسیم در فاز ماتریس وجود دارد.
(الف) تصویر SEM از نمونه S-2، (ب) تصویر بزرگ شده، (ج) نقشه عنصر، (د) نتایج EMF در مکان های مشخص شده.
مطالعات SEM کامپوزیت های C-3 حضور فازهای جدیدی را علاوه بر فازهای کاربید و ماتریس نشان داد. نقشه عنصری (شکل 4c) و تجزیه و تحلیل نقطه EMF (شکل 4d) نشان می دهد که فاز جدید غنی از نیکل، کبالت و سیلیکون است.
(الف) تصویر SEM از نمونه S-3، (ب) تصویر بزرگ شده، (ج) نقشه عنصر، (د) نتایج EMF در مکان‌های مشخص شده.
نتایج تجزیه و تحلیل SEM و EMF کامپوزیت C-4 در شکل های نشان داده شده است. 5. علاوه بر سه فاز مشاهده شده در کامپوزیت C-3، وجود گره های گرافیت نیز مشاهده شد. کسر حجمی فاز غنی از سیلیکون نیز بیشتر از کامپوزیت C-3 است.
(الف) تصویر SEM از نمونه S-4، (ب) تصویر بزرگ شده، (ج) نقشه عنصر، (د) نتایج EMF در مکان‌های مشخص شده.
نتایج طیف SEM و EMF کامپوزیت های S-5 و S-6 به ترتیب در شکل های 1 و 2 نشان داده شده است. 6 و 7. علاوه بر تعداد کمی کره، وجود دانه های گرافیت نیز مشاهده شد. هم تعداد دانه های گرافیت و هم کسر حجمی فاز حاوی سیلیکون در کامپوزیت C-6 بیشتر از کامپوزیت C-5 است.
(الف) تصویر SEM نمونه C-5، (ب) نمای بزرگ شده، (ج) نقشه عنصری، (د) نتایج EMF در مکان های مشخص شده.
(الف) تصویر SEM نمونه S-6، (ب) تصویر بزرگ شده، (ج) نقشه عنصر، (د) نتایج EMF در مکان های مشخص شده.
خصوصیات ساختار کریستالی کامپوزیت های HEA نیز با استفاده از اندازه گیری های XRD انجام شد. نتیجه در شکل 8 نشان داده شده است. در الگوی پراش WEA پایه (S-0)، تنها پیک های مربوط به فاز fcc قابل مشاهده است. الگوهای پراش اشعه ایکس کامپوزیت های C-1، C-2 و C-3 وجود پیک های اضافی مربوط به کاربید کروم (Cr7C3) را نشان داد، و شدت آنها برای نمونه های C-3 و C-4 کمتر بود، که نشان داد که همچنین با EMF داده برای این نمونه ها. پیک های مربوط به سیلیسیدهای Co/Ni برای نمونه های S-3 و S-4 مشاهده شد که دوباره با نتایج نقشه برداری EDS نشان داده شده در شکل های 2 و 3 مطابقت دارد. همانطور که در شکل 3 و شکل 4 نشان داده شده است. پیک های 5 و S-6 مشاهده شدند. مربوط به گرافیت
هر دو ویژگی ریزساختاری و کریستالوگرافی کامپوزیت های توسعه یافته نشان دهنده تجزیه SiC اضافه شده است. این به دلیل وجود کروم در ماتریس VEA است. کروم میل بسیار قوی برای کربن 54.55 دارد و با کربن آزاد واکنش می دهد تا کاربید تشکیل دهد، همانطور که با کاهش مشاهده شده در محتوای کروم ماتریس نشان می دهد. Si به دلیل تفکیک SiC56 وارد فاز fcc می شود. بنابراین، افزایش در افزودن SiC به HEA پایه منجر به افزایش مقدار فاز کاربید و مقدار Si آزاد در ریزساختار شد. مشخص شده است که این Si اضافی در غلظت های پایین (در کامپوزیت های S-1 و S-2) در ماتریس رسوب می کند، در حالی که در غلظت های بالاتر (کامپوزیت های S-3 تا S-6) باعث رسوب کبالت اضافی/ می شود. نیکل سیلیسید آنتالپی استاندارد تشکیل سیلیسیدهای Co و Ni که با سنتز مستقیم کالری سنجی در دمای بالا به دست می آید، به ترتیب برای Co2Si، CoSi و CoSi2 به ترتیب 2.0 ± 37.9-، 1.3 ± 49.3-، 1.1 ± 34.9 کیلوژول مول -1 است. مقادیر - 1.7 ± 50.6 و - 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 برای Ni2Si و Ni5Si2، به ترتیب. این مقادیر کمتر از گرمای تشکیل SiC است و نشان می‌دهد که تفکیک SiC منجر به تشکیل سیلیسیدهای Co/Ni از نظر انرژی مطلوب است. در هر دو کامپوزیت S-5 و S-6، سیلیکون آزاد اضافی وجود داشت که فراتر از تشکیل سیلیسید جذب شد. مشخص شده است که این سیلیکون آزاد به گرافیتی شدن مشاهده شده در فولادهای معمولی کمک می کند.
خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با سرامیک توسعه یافته بر اساس HEA توسط تست های فشرده سازی و تست های سختی بررسی می شود. منحنی های تنش-کرنش کامپوزیت های توسعه یافته در شکل ها نشان داده شده است. 9a و در شکل 9b نمودار پراکندگی بین قدرت تسلیم خاص، استحکام تسلیم، سختی و ازدیاد طول کامپوزیت های توسعه یافته را نشان می دهد.
(الف) منحنی‌های کرنش فشاری و (ب) نمودارهای پراکندگی که تنش تسلیم خاص، استحکام تسلیم، سختی و ازدیاد طول را نشان می‌دهند. توجه داشته باشید که فقط نمونه های S-0 تا S-4 نشان داده شده اند، زیرا نمونه های S-5 و S-6 دارای عیوب ریخته گری قابل توجهی هستند.
همانطور که در شکل مشاهده می شود. 9، قدرت تسلیم از 136 مگاپاسکال برای پایه VES (C-0) به 2522 مگاپاسکال برای کامپوزیت C-4 افزایش یافت. در مقایسه با WPP پایه، کامپوزیت S-2 کشش بسیار خوبی تا شکست حدود 37٪ نشان داد و همچنین مقادیر استحکام تسلیم قابل توجهی بالاتری (1200 مگاپاسکال) نشان داد. ترکیب عالی استحکام و شکل‌پذیری این کامپوزیت به دلیل بهبود ریزساختار کلی، از جمله توزیع یکنواخت لاملاهای کاربید ریز در سراسر ریزساختار است که انتظار می‌رود حرکت نابجایی را مهار کند. قدرت تسلیم کامپوزیت های C-3 و C-4 به ترتیب 1925 مگاپاسکال و 2522 مگاپاسکال است. این استحکام تسلیم بالا را می توان با کسر حجمی بالای فازهای کاربید سیمانی و سیلیسید توضیح داد. با این حال، حضور این فازها نیز منجر به ازدیاد طول در شکست تنها 7٪ شد. منحنی‌های تنش-کرنش کامپوزیت‌های پایه CoCrFeNi HEA (S-0) و S-1 محدب هستند که نشان‌دهنده فعال‌سازی اثر دوقلویی یا TRIP59,60 است. در مقایسه با نمونه S-1، منحنی تنش-کرنش نمونه S-2 دارای یک شکل مقعر در کرنش حدود 10.20 درصد است که به این معنی است که لغزش نابجایی نرمال حالت تغییر شکل اصلی نمونه در این حالت تغییر شکل یافته است60,61 . با این حال، سرعت سخت شدن در این نمونه در یک محدوده کرنش بزرگ بالا باقی می‌ماند و در کرنش‌های بالاتر انتقال به تحدب نیز قابل مشاهده است (اگرچه نمی‌توان رد کرد که این امر به دلیل شکست بارهای فشاری روان‌شده باشد). ). کامپوزیت های C-3 و C-4 به دلیل وجود کسرهای حجمی بالاتر از کاربیدها و سیلیسیدها در ریزساختار، فقط انعطاف پذیری محدودی دارند. آزمایش های فشرده سازی نمونه های کامپوزیت های C-5 و C-6 به دلیل عیوب ریخته گری قابل توجه در این نمونه های کامپوزیت انجام نشد (شکل 10 را ببینید).
استریومیکروگراف عیوب ریخته گری (که با فلش های قرمز مشخص می شود) در نمونه های کامپوزیت C-5 و C-6.
نتایج اندازه گیری سختی کامپوزیت های VEA در شکل 1 نشان داده شده است. 9b. WEA پایه دارای سختی 5±130 HV است و نمونه های S-1، S-2، S-3 و S-4 دارای مقادیر سختی 10±250 HV، 275±10 HV، 570±20 HV و 755±20 HV. افزایش سختی با تغییر در استحکام تسلیم به‌دست‌آمده از آزمایش‌های فشاری مطابقت خوبی داشت و با افزایش مقدار مواد جامد در کامپوزیت همراه بود. قدرت تسلیم ویژه محاسبه شده بر اساس ترکیب هدف هر نمونه نیز در شکل نشان داده شده است. 9b. به طور کلی، بهترین ترکیب از استحکام تسلیم (1200 مگاپاسکال)، سختی (HV 10 ± 275)، و ازدیاد طول نسبی تا شکست (~37٪) برای کامپوزیت C-2 مشاهده شده است.
مقایسه استحکام تسلیم و ازدیاد طول نسبی کامپوزیت توسعه یافته با مواد کلاس های مختلف در شکل 11a نشان داده شده است. کامپوزیت های مبتنی بر CoCrFeNi در این مطالعه ازدیاد طول بالایی را در هر سطح تنش نشان دادند. همچنین می توان مشاهده کرد که خواص کامپوزیت های HEA توسعه یافته در این مطالعه در منطقه اشغال نشده قبلی نمودار قدرت تسلیم در مقابل ازدیاد طول نهفته است. علاوه بر این، کامپوزیت های توسعه یافته دارای طیف گسترده ای از ترکیبات استحکام (277 مگاپاسکال، 1200 مگاپاسکال، 1925 مگاپاسکال و 2522 مگاپاسکال) و ازدیاد طول (بیش از 60٪، 37٪، 7.3٪ و 6.19٪) هستند. قدرت تسلیم نیز عامل مهمی در انتخاب مواد برای کاربردهای مهندسی پیشرفته است 63،64. در این راستا، کامپوزیت‌های HEA اختراع حاضر ترکیبی عالی از استحکام تسلیم و ازدیاد طول را نشان می‌دهند. این به این دلیل است که افزودن SiC با چگالی کم منجر به کامپوزیت هایی با قدرت تسلیم ویژه بالا می شود. استحکام تسلیم و ازدیاد طول کامپوزیت های HEA در همان محدوده HEA FCC و HEA نسوز است، همانطور که در شکل 11b نشان داده شده است. سختی و استحکام تسلیم کامپوزیت‌های توسعه‌یافته در محدوده مشابه شیشه‌های فلزی عظیم ۶۵ است (شکل 11c). شیشه های فلزی عظیم (BMS) با سختی و استحکام تسلیم بالا مشخص می شوند، اما ازدیاد طول آنها محدود است66،67. با این حال، سختی و استحکام تسلیم برخی از کامپوزیت های HEA توسعه یافته در این مطالعه نیز ازدیاد طول قابل توجهی را نشان داد. بنابراین، نتیجه‌گیری شد که کامپوزیت‌های توسعه‌یافته توسط VEA دارای ترکیبی منحصربه‌فرد و مورد نیاز از خواص مکانیکی برای کاربردهای مختلف ساختاری هستند. این ترکیب منحصر به فرد از خواص مکانیکی را می توان با پراکندگی یکنواخت کاربیدهای سخت که در محل در ماتریس FCC HEA تشکیل شده اند توضیح داد. با این حال، به عنوان بخشی از هدف دستیابی به ترکیبی بهتر از استحکام، تغییرات ریزساختاری ناشی از افزودن فازهای سرامیکی باید به دقت مورد مطالعه و کنترل قرار گیرد تا از عیوب ریخته گری، مانند مواردی که در کامپوزیت های S-5 و S-6 یافت می شود، جلوگیری شود. شکل پذیری جنسیت
نتایج این مطالعه با مواد ساختاری مختلف و HEA ها مقایسه شد: (الف) ازدیاد طول در مقابل استحکام تسلیم62، (ب) تنش تسلیم ویژه در برابر شکل پذیری63 و (ج) استحکام تسلیم در برابر سختی65.
ریزساختار و خواص مکانیکی مجموعه‌ای از کامپوزیت‌های HEA-سرامیک مبتنی بر سیستم HEA CoCrFeNi با افزودن SiC مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج زیر حاصل شده است:
کامپوزیت های آلیاژی آنتروپی بالا را می توان با افزودن SiC به CoCrFeNi HEA با استفاده از روش ذوب قوس با موفقیت توسعه داد.
SiC در طی ذوب قوس تجزیه می شود و منجر به تشکیل درجا فازهای کاربید، سیلیسید و گرافیت می شود که حضور و کسر حجمی آنها به مقدار SiC اضافه شده به HEA پایه بستگی دارد.
کامپوزیت‌های HEA خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند، با خواصی که در مناطقی که قبلاً اشغال نشده بودند در استحکام تسلیم در مقابل نمودار کشیدگی قرار می‌گیرند. استحکام تسلیم کامپوزیت HEA ساخته شده با 6 درصد وزنی SiC بیش از هشت برابر HEA پایه بود در حالی که شکل پذیری 37 درصد را حفظ کرد.
سختی و استحکام تسلیم کامپوزیت های HEA در محدوده شیشه های فلزی حجیم (BMG) قرار دارد.
یافته‌ها نشان می‌دهند که کامپوزیت‌های آلیاژی با آنتروپی بالا رویکرد امیدوارکننده‌ای برای دستیابی به ترکیبی عالی از خواص فلزی-مکانیکی برای کاربردهای ساختاری پیشرفته نشان می‌دهند.