Tha CoCrFeNi na alloy àrd-entropy ciùbach aghaidh-meadhanaichte (fcc) (HEA) le sùbailteachd sàr-mhath ach neart cuibhrichte. Tha fòcas an sgrùdaidh seo air a bhith a’ leasachadh cothromachadh neart agus ductility nan HEAan sin le bhith a’ cur diofar mheudan de SiC a-steach a’ cleachdadh an dòigh leaghadh arc. Chaidh a stèidheachadh gu bheil làthaireachd chromium anns a’ bhunait HEA ag adhbhrachadh lobhadh SiC aig àm leaghadh. Mar sin, bidh eadar-obrachadh de ghualain an-asgaidh le cromium a’ leantainn gu cruthachadh cromium carbides in situ, fhad ‘s a tha silicon an-asgaidh fhathast ann am fuasgladh anns a’ bhunait HEA agus / no ag eadar-obrachadh leis na h-eileamaidean a tha a ’dèanamh suas an HEA bunaiteach gus silicides a chruthachadh. Mar a bhios susbaint SiC ag àrdachadh, bidh an ìre microstructure ag atharrachadh anns an t-sreath a leanas: fcc → fcc + eutectic → fcc + cromium carbide flakes → fcc + cromium carbide flakes + silicide → fcc + chromium carbide flakes + silicide + graphite bàlaichean / graphite flakes. Tha na stuthan co-dhèanta a thig às a’ nochdadh raon farsaing de fheartan meacanaigeach (neart toraidh a ’dol bho 277 MPa aig còrr air 60% leudachadh gu 2522 MPa aig leudachadh 6%) an coimeas ri aloidhean gnàthach agus aloidhean àrd entropy. Tha cuid de na stuthan àrd entropy a chaidh a leasachadh a’ nochdadh cothlamadh sàr-mhath de fheartan meacanaigeach (neart toraidh 1200 MPa, leudachadh 37%) agus a’ gabhail còmhnaidh ann an roinnean nach gabhadh ruigsinn roimhe air an diagram toradh cuideam-leudachadh. A bharrachd air leudachadh iongantach, tha cruas agus neart toraidh stuthan HEA anns an aon raon ri glainneachan mòra meatailteach. Mar sin, thathas a’ creidsinn gun cuidich leasachadh composites àrd-entropy gus measgachadh sàr-mhath de fheartan meacanaigeach a choileanadh airson tagraidhean structarail adhartach.
Tha leasachadh aloidhean entropy àrd na bhun-bheachd ùr gealltanach ann am Meatailteachd1,2. Tha aloidhean entropaidh àrd (HEA) air sealltainn ann an grunn chùisean measgachadh sàr-mhath de fheartan fiosaigeach agus meacanaigeach, a’ toirt a-steach seasmhachd teirmeach àrd3,4 leudachadh superplastic5,6 strì an aghaidh sgìths7,8 an-aghaidh creimeadh9,10,11, sàr-aghaidh caitheamh12,13,14 ,15 agus feartan trioblaideach15 ,16,17 eadhon aig teòthachd àrd18,19,20,21,22 agus feartan meacanaigeach aig ìosal teodhachd23,24,25. Mar as trice tha am measgachadh sàr-mhath de fheartan meacanaigeach ann an HEA air a thoirt air sgàth ceithir prìomh bhuaidhean, is e sin entropy rèiteachaidh àrd26, saobhadh uachdaran làidir27, sgaoileadh slaodach28 agus buaidh cocktail29. Mar as trice bidh HEAan air an seòrsachadh mar seòrsaichean FCC, BCC agus HCP. Mar as trice tha FCC HEA a’ toirt a-steach eileamaidean gluasaid leithid Co, Cr, Fe, Ni agus Mn agus a’ taisbeanadh sùbailteachd sàr-mhath (eadhon aig teòthachd ìosal25) ach neart ìosal. Tha BCC HEA mar as trice air a dhèanamh suas de eileamaidean dùmhlachd àrd leithid W, Mo, Nb, Ta, Ti agus V agus tha neart fìor àrd aige ach ductility ìosal agus neart sònraichte ìosal30.
Thathas air sgrùdadh a dhèanamh air mion-atharrachadh microstructural HEA stèidhichte air innealachadh, giollachd thermomechanical agus cur-ris eileamaidean gus am measgachadh as fheàrr de thogalaichean meacanaigeach fhaighinn. Tha CoCrFeMnNi FCC HEA fo ùmhlachd droch dhì-dhealbhadh plastaig le torsion le cuideam àrd, a tha a’ leantainn gu àrdachadh mòr ann an cruas (520 HV) agus neart (1950 MPa), ach tha leasachadh microstructure nanocrystalline (~ 50 nm) a ’dèanamh an alloy brisg31 . Chaidh a lorg gu bheil a bhith a’ toirt a-steach ductility càraideach (TWIP) agus plastachd air a bhrosnachadh le cruth-atharrachadh (TRIP) a-steach do CoCrFeMnNi HEAs a’ toirt seachad deagh obair chruaidh a’ leantainn gu ductility àrd tensile, ged a tha e aig cosgais fìor luachan neart tensile. Gu h-ìosal (1124 MPa) 32. Mar thoradh air cruthachadh microstructure le sreathan (a 'gabhail a-steach sreath tana deformed agus cridhe neo-fhoirmeil) anns an CoCrFeMnNi HEA le bhith a' cleachdadh peilear chaidh àrdachadh ann an neart, ach bha an leasachadh seo cuingealaichte gu mu 700 MPa33. Ann a bhith a’ lorg stuthan leis a’ mheasgachadh as fheàrr de neart agus ductility, chaidh sgrùdadh a dhèanamh cuideachd air leasachadh HEAan ioma-thaobhach agus HEAan eutectic a’ cleachdadh cur-ris de eileamaidean neo-isoatomic34,35,36,37,38,39,40,41. Gu dearbh, chaidh a lorg gum faod cuairteachadh nas fheàrr de ìrean cruaidh is bog ann an alloidhean àrd-entropy eutectic leantainn gu measgachadh nas fheàrr de neart agus ductility35,38,42,43.
Tha an siostam CoCrFeNi na alloy àrd-entropy FCC aon-ìre air a sgrùdadh gu farsaing. Tha an siostam seo a’ taisbeanadh feartan cruaidh-obrach luath44 agus ductility sàr-mhath45,46 aig gach cuid teodhachd ìosal agus àrd. Chaidh diofar oidhirpean a dhèanamh gus a neart coimeasach ìosal (~ 300 MPa)47,48 a leasachadh a’ toirt a-steach ùrachadh gràin25, microstructure heterogeneous49, sileadh50,51,52 agus plastachd air adhbhrachadh le cruth-atharrachadh (TRIP)53. Bidh ùrachadh gràin de HEA CoCrFeNi ciùbach aghaidh-meadhanach le bhith a’ tarraing fuar fo dhroch shuidheachaidhean ag àrdachadh an neart bho timcheall air 300 MPa47.48 gu 1.2 GPa25, ach a’ lughdachadh call ductility bho barrachd air 60% gu 12.6%. Mar thoradh air Al a chuir ris an HEA de CoCrFeNi chaidh meanbh-structar ioma-ghnèitheach a chruthachadh, a mheudaich an neart toraidh gu 786 MPa agus an leudachadh coimeasach gu timcheall air 22%49. Chaidh CoCrFeNi HEA a chur ris le Ti agus Al gus precipitates a chruthachadh, mar sin a’ cruthachadh neartachadh frasadh, ag àrdachadh a neart toraidh gu 645 MPa agus leudachadh gu 39%51. Mheudaich an uidheamachd TRIP (ciùbach aghaidh-aghaidh → cruth-atharrachadh martensitic hexahedral) agus càirdeas neart tensile CoCrFeNi HEA gu 841 MPa agus leudachadh aig àm briseadh gu 76%53.
Chaidh oidhirpean a dhèanamh cuideachd gus daingneachadh ceirmeag a chuir ri matrix ciùbach aghaidh-aghaidh HEA gus stuthan àrd entropy a leasachadh a sheallas measgachadh nas fheàrr de neart agus ductility. Tha co-phàirtean le entropy àrd air an giullachd le leaghadh arc falamh44, alloying meacanaigeach45,46,47,48,52,53, sintering plasma spark46,51,52, brùthadh teth falamh45, brùthadh isostatic teth47,48 agus leasachadh pròiseasan saothrachaidh cuir-ris43, 50. Chaidh carbides, ocsaidean agus nitrides leithid WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 agus Y2O351 a chleachdadh mar neartachadh ceirmeag ann an leasachadh stuthan HEA. Tha a bhith a’ taghadh a’ mhaitrix HEA ceart agus ceirmeag gu sònraichte cudromach nuair a thathar a’ dealbhadh agus a’ leasachadh stuth HEA làidir agus seasmhach. Anns an obair seo, chaidh CoCrFeNi a thaghadh mar an stuth matrix. Chaidh diofar mheudan de SiC a chur ris an CoCrFeNi HEA agus chaidh sgrùdadh a dhèanamh air a’ bhuaidh a th’ aca air meanbh-structar, co-dhèanamh ìre, agus feartan meacanaigeach.
Chaidh meatailtean fìor-ghlan Co, Cr, Fe, agus Ni (99.95 wt %) agus SiC pùdar (purity 99%, meud -400 mogaill) ann an cruth mìrean bunasach a chleachdadh mar stuthan amh airson cruthachadh stuthan HEA. Chaidh co-dhèanamh isoatomic an CoCrFeNi HEA a chuir an toiseach ann am molltair copair leth-fhuarach le uisge, agus an uairsin chaidh an seòmar fhalmhachadh gu 3·10-5 mbar. Thathas a’ toirt a-steach gas argon fìor-ghlan gus am falamh a tha riatanach airson leaghadh arc a choileanadh le electrodan tungsten nach gabh a chaitheamh. Tha na h-ingots a thig às air an tionndadh agus air an ath-mhilleadh còig tursan gus dèanamh cinnteach à deagh aon-ghnè. Chaidh stuthan àrd-entropy de dhiofar sgrìobhaidhean ullachadh le bhith a’ cur beagan SiC ris na putanan equiatomic CoCrFeNi a thàinig às, a chaidh ath-aonachadh le tionndadh còig-fhillte agus ath-mhilleadh anns gach cùis. Chaidh am putan le cumadh bhon stuth a thàinig às a sin a ghearradh le bhith a’ cleachdadh EDM airson tuilleadh deuchainn agus caractar. Chaidh sampaill airson sgrùdaidhean microstructural ullachadh a rèir modhan àbhaisteach metallographic. An toiseach, chaidh na sampallan a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh miocroscop aotrom (Leica Microscope DM6M) leis a’ bhathar-bog Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) airson mion-sgrùdadh ìre cainneachdail. Chaidh trì ìomhaighean a chaidh a thogail ann an diofar raointean le farsaingeachd iomlan de mu 27,000 µm2 a thaghadh airson mion-sgrùdadh ìre. Chaidh tuilleadh sgrùdaidhean microstructural mionaideach, a’ toirt a-steach mion-sgrùdadh co-dhèanamh ceimigeach agus mion-sgrùdadh cuairteachadh eileamaidean, a dhèanamh air miocroscop dealanach sganaidh (JEOL JSM-6490LA) uidheamaichte le siostam sgrùdaidh speactroscopaidh lùth sgaoilte (EDS). Chaidh comharrachadh structar criostail an HEA companach a dhèanamh a’ cleachdadh siostam sgaraidh X-ray (gluasad ìre Bruker D2) a’ cleachdadh stòr CuKα le meud ceum de 0.04 °. Chaidh buaidh atharrachaidhean microstructural air feartan meacanaigeach HEA composites a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh deuchainnean microhardness Vickers agus deuchainnean teannachaidh. Airson an deuchainn cruas, thèid luchd de 500 N a chuir an sàs airson 15 diog a’ cleachdadh co-dhiù 10 indentations gach sampall. Chaidh deuchainnean teannachaidh de choimeasgaidhean HEA aig teòthachd an t-seòmair a dhèanamh air sampallan ceart-cheàrnach (7 mm × 3 mm × 3 mm) air inneal deuchainn uile-choitcheann Shimadzu 50KN (UTM) aig ìre teann tùsail de 0.001 / s.
Chaidh co-phàirtean àrd entropy, ris an canar an-seo sampaill S-1 gu S-6, ullachadh le bhith a’ cur 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, agus 17% SiC (uile a rèir cuideam%) ri matrix CoCrFeNi . fa leth. Tha an sampall iomraidh ris nach deach SiC a chur ris an seo air ainmeachadh mar shampall S-0. Tha micrographs optigeach de na companaidhean HEA leasaichte air an sealltainn ann am Figs. 1, far an deach, mar thoradh air grunn stuthan cur-ris a chur ris, am meanbh-structar aon-ìre den CoCrFeNi HEA atharrachadh gu bhith na mhion-structar anns a bheil iomadh ìre le diofar morphology, meudan agus cuairteachadh. An ìre de SiC anns an sgrìobhadh. Chaidh meud gach ìre a dhearbhadh bho mhion-sgrùdadh ìomhaigh a’ cleachdadh bathar-bog LAS Phase Expert. Tha an inset gu Figear 1 (gu h-àrd air an làimh dheis) a’ sealltainn raon eisimpleir airson a’ mhion-sgrùdadh seo, a bharrachd air bloigh na sgìre airson gach pàirt ìre.
Micrografan optigeach de na companaidhean àrd-entropy leasaichte: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 agus (f) C- 6. Tha an inset a’ sealltainn eisimpleir de thoraidhean mion-sgrùdadh ìre ìomhaigh stèidhichte air iomsgaradh a’ cleachdadh bathar-bog LAS Phase Expert.
Mar a chithear ann am fige. 1a, meanbh-structar eutectic a chaidh a chruthachadh eadar meudan matrix den stuth C-1, far a bheil meud na h-ìrean matrix agus eutectic air a mheas mar 87.9 ± 0.47% agus 12.1% ± 0.51%, fa leth. Anns a’ cho-chruinneachadh (C-2) a chithear ann am Fig. 1b, chan eil comharran sam bith ann air freagairt eutectic rè solidification, agus thathas a’ cumail sùil air microstructure gu tur eadar-dhealaichte bho structar C-1. Tha meanbh-structar an stuth C-2 gu math ceart agus tha e a’ toirt a-steach lannan tana (carbides) air an cuairteachadh gu co-ionnan anns an ìre matrix (fcc). Thathas a’ meas gu bheil bloighean tomhas-lìonaidh na matrix agus carbide aig 72 ± 1.69% agus 28 ± 1.69%, fa leth. A bharrachd air a 'mhaitris agus carbide, chaidh ìre ùr (silicide) a lorg anns a' mheasgachadh C-3, mar a chithear ann am Fig. 1c, far a bheilear a 'meas gu bheil na bloighean tomhas-lìonaidh de leithid de ìrean silicide, carbide, agus matrix aig mu 26.5% ± 0.41%, 25.9 ± 0.53, agus 47.6 ± 0.34, fa leth. Chaidh ìre ùr eile (graphite) fhaicinn cuideachd ann am meanbh-structar an stuth C-4; chaidh ceithir ìrean gu h-iomlan a chomharrachadh. Tha cumadh cruinne sònraichte aig an ìre grafait le eadar-dhealachadh dorcha ann an ìomhaighean optigeach agus chan eil e an làthair ach ann an suimean beaga (chan eil bloigh tomhas-lìonaidh ach mu 0.6 ± 0.30%). Ann an companaidhean C-5 agus C-6, cha deach ach trì ìrean a chomharrachadh, agus tha an ìre grafait dorcha eadar-dhealaichte anns na stuthan co-dhèanta sin a’ nochdadh ann an cruth flakes. An coimeas ris na flakes grafait ann an Composite S-5, tha na flakes graphite ann an Composite S-6 nas fharsainge, nas giorra agus nas cunbhalaiche. Chaidh àrdachadh co-ionann ann an susbaint grafait fhaicinn cuideachd bho 14.9 ± 0.85% anns a’ cho-chruinneachadh C-5 gu timcheall air 17.4 ± 0.55% anns a’ cho-chruinneachadh C-6.
Gus tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air meanbh-structar mionaideach agus co-dhèanamh ceimigeach gach ìre ann an co-chruinneachadh HEA, chaidh sampallan a sgrùdadh a’ cleachdadh SEM, agus chaidh mion-sgrùdadh puing EMF agus mapadh ceimigeach a dhèanamh cuideachd. Tha na toraidhean airson coimeasgaichte C-1 air an sealltainn ann am fige. 2, far a bheil làthaireachd mheasgachaidhean eutectic a’ sgaradh roinnean den phrìomh ìre matrix air fhaicinn gu soilleir. Tha am mapa ceimigeach de stuth C-1 air a shealltainn ann am Fig. 2c, far am faicear gu bheil Co, Fe, Ni, agus Si air an sgaoileadh gu co-ionnan anns an ìre matrix. Ach, chaidh tomhas beag de Cr a lorg anns an ìre matrix an coimeas ri eileamaidean eile den bhun-stèidh HEA, a’ moladh gun do sgaoil Cr a-mach às a’ mhaitrix. Tha co-dhèanamh na h-ìre geal eutectic ann an ìomhaigh SEM beairteach ann an cromium agus gualain, a 'sealltainn gur e cromium carbide a th' ann. Tha dìth gràineanan SiC air leth anns a’ mhion-structar, còmhla ris an t-susbaint ìosal de chromium a chaidh fhaicinn anns a’ mhaitrix agus làthaireachd mheasgachaidhean eutectic anns a bheil ìrean làn chromium, a’ nochdadh lobhadh iomlan SiC aig àm leaghadh. Mar thoradh air lobhadh SiC, bidh silicon a’ leaghadh anns an ìre matrix, agus bidh gualain an-asgaidh ag eadar-obrachadh le cromium gus carbides chromium a chruthachadh. Mar a chithear, cha deach ach gualain a dhearbhadh gu càileachdail leis an dòigh EMF, agus chaidh cruthachadh ìre a dhearbhadh le bhith a’ comharrachadh stùcan carbide àbhaisteach ann am pàtrain sgaraidh X-ray.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall S-1, (b) ìomhaigh leudaichte, (c) mapa eileamaidean, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
Tha mion-sgrùdadh co-dhèanta C-2 air a shealltainn ann am fige. 3. Coltach ri coltas ann am miocroscopaidh optigeach, nochd sgrùdadh SEM structar math air a dhèanamh suas de dìreach dà ìre, le làthaireachd ìre lamellar tana air a chuairteachadh gu cothromach air feadh an structair. ìre matrix, agus chan eil ìre eutectic ann. Nochd an cuairteachadh eileamaidean agus mion-sgrùdadh puing EMF den ìre lamellar susbaint coimeasach àrd de Cr (buidhe) agus C (uaine) anns an ìre seo, a tha a-rithist a’ nochdadh lobhadh SiC aig àm leaghadh agus eadar-obrachadh a’ charbon a chaidh a leigeil ma sgaoil leis a ’bhuaidh chromium. . Tha am matrix VEA a’ cruthachadh ìre carbide lamellar. Sheall cuairteachadh eileamaidean agus mion-sgrùdadh puing air an ìre matrix gu bheil a’ mhòr-chuid de chobalt, iarann, nicil agus silicon an làthair anns an ìre matrix.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall S-2, (b) ìomhaigh leudaichte, (c) mapa eileamaidean, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
Sheall sgrùdaidhean SEM air co-phàirtean C-3 gu robh ìrean ùra ann a bharrachd air ìrean carbide agus matrix. Tha am mapa eileamaideach (Fig. 4c) agus mion-sgrùdadh puing EMF (Fig. 4d) a’ sealltainn gu bheil an ìre ùr beairteach ann an nicil, cobalt, agus sileaconach.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall S-3, (b) ìomhaigh leudaichte, (c) mapa eileamaidean, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
Tha toraidhean mion-sgrùdadh SEM agus EMF air an stuth C-4 air an sealltainn ann am Figs. 5. A bharrachd air na trì ìrean a chaidh an sgrùdadh ann an C-3 coimeasgaichte, chaidh làthaireachd nodules grafait a lorg cuideachd. Tha bloigh lìonaidh na h-ìre làn sileacain cuideachd nas àirde na an ìre C-3.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall S-4, (b) ìomhaigh leudaichte, (c) mapa eileamaidean, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
Tha toraidhean speactra SEM agus EMF de choimeasgaidhean S-5 agus S-6 air an sealltainn ann am Figearan 1 agus 2. 6 agus 7, fa leth. A bharrachd air àireamh bheag de raointean, chaidh làthaireachd flakes grafait fhaicinn cuideachd. Tha an dà chuid an àireamh de flakes grafait agus bloigh tomhas-lìonaidh na h-ìre anns a bheil sileaconach anns an stuth C-6 nas àirde na anns a’ chumadh C-5.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall C-5, (b) sealladh leudaichte, (c) mapa eileamaideach, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
(a) Ìomhaigh SEM de shampall S-6, (b) ìomhaigh leudaichte, (c) mapa eileamaidean, (d) toraidhean EMF aig na h-àiteachan comharraichte.
Chaidh comharrachadh structar criostal de choimeasgaidhean HEA a dhèanamh cuideachd a’ cleachdadh tomhasan XRD. Tha an toradh air a shealltainn ann am Figear 8. Ann am pàtran sgaraidh a 'bhunait WEA (S-0), chan eil ach na stùcan a tha a' freagairt ris an ìre fcc rim faicinn. Nochd pàtrain sgaraidh X-ray de choimeasgaidhean C-1, C-2, agus C-3 gu robh stùcan a bharrachd ann a rèir cromium carbide (Cr7C3), agus bha an dian aca nas ìsle airson sampaill C-3 agus C-4, a chomharraich sin cuideachd leis an dàta EMF airson na sampallan sin. Chaidh stùcan co-chosmhail ri silicides Co/Ni fhaicinn airson sampallan S-3 agus S-4, a-rithist co-chòrdail ri toraidhean mapaidh EDS a chithear ann am Figearan 2 agus 3. Mar a chithear ann am Figear 3 agus Figear 4. Chunnacas stùcan 5 agus S-6 a 'freagairt ri graphite.
Bha an dà chuid feartan microstructural agus criostalografach nan stuthan leasaichte a’ nochdadh lobhadh an SiC a bharrachd. Tha seo mar thoradh air làthaireachd chromium ann am matrix VEA. Tha dàimh làidir aig cromium ri carbon 54.55 agus bidh e ag ath-fhreagairt le gualain an-asgaidh gus carbides a chruthachadh, mar a chaidh a chomharrachadh leis an lùghdachadh a chaidh fhaicinn ann an susbaint chromium na matrix. Bidh Si a’ dol a-steach don ìre fcc mar thoradh air dealachadh SiC56. Mar sin, mar thoradh air àrdachadh ann an cuir SiC ris a’ bhunait HEA chaidh àrdachadh anns an ìre de ìre carbide agus an ìre de Si an-asgaidh anns a’ mhicro-structar. Chaidh a lorg gu bheil an Si a bharrachd seo air a thasgadh anns a’ mhaitrix aig dùmhlachd ìosal (ann an composites S-1 agus S-2), agus aig dùmhlachdan nas àirde (com-pàirtean S-3 gu S-6) bidh e a’ leantainn gu tasgadh cobalt a bharrachd / . nicil silicide. Is e an enthalpy àbhaisteach de bhith a’ cruthachadh silicides Co agus Ni, a gheibhear tro synthesis dìreach calorimetry àrd-teodhachd, -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 airson Co2Si, CoSi agus CoSi2, fa leth, fhad ‘s a tha iad sin Is e luachan - 50.6 ± 1.7 agus - 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 airson Ni2Si agus Ni5Si2, fa leth. Tha na luachan sin nas ìsle na teas cruthachadh SiC, a’ nochdadh gu bheil an sgaradh SiC a tha a’ leantainn gu cruthachadh silicides Co/Ni gu math fàbharach. Anns gach cuid stuthan S-5 agus S-6, bha silicon an-asgaidh a bharrachd an làthair, a chaidh a ghabhail a-steach nas fhaide na cruthachadh silicide. Thathas air faighinn a-mach gu bheil an silicon an-asgaidh seo a’ cur ris a’ ghrafachadh a chaidh fhaicinn ann an steels gnàthach58.
Bithear a’ sgrùdadh feartan meacanaigeach nan companaidhean leasaichte le neart ceirmeag stèidhichte air HEA le deuchainnean teannachaidh agus deuchainnean cruas. Tha na lùban cuideam-cuideam de na stuthan leasaichte air an sealltainn ann am Figs. Tha 9a, agus ann am Fig. 9b a' sealltainn sgapadh eadar neart toraidh sònraichte, neart toraidh, cruas, agus leudachadh nan stuthan leasaichte.
(a) Cromagan teannachaidh agus (b) scatterplots a’ sealltainn cuideam toraidh sònraichte, neart toraidh, cruas agus leudachadh. Thoir an aire nach eil ach sampaill S-0 gu S-4 air an sealltainn, leis gu bheil uireasbhaidhean tilgeadh cudromach ann an sampallan S-5 agus S-6.
Mar a chithear ann am fige. 9, mheudaich neart toraidh bho 136 MPa airson a’ bhun-stèidh VES (C-0) gu 2522 MPa airson an stuth C-4. An coimeas ris an WPP bunaiteach, sheall an stuth S-2 leudachadh fìor mhath air fàilligeadh timcheall air 37%, agus sheall e cuideachd luachan neart toraidh mòran nas àirde (1200 MPa). Tha an cothlamadh sàr-mhath de neart agus ductility a’ cho-mheasgaichte seo mar thoradh air an leasachadh anns a ’mhic-structar iomlan, a’ toirt a-steach cuairteachadh èideadh de lamellae carbide grinn air feadh a ’mhicr-structair, a thathar an dùil a chuireas casg air gluasad gluasaid. Is e neartan toraidh stuthan co-dhèanta C-3 agus C-4 1925 MPa agus 2522 MPa, fa leth. Faodar na neartan toraidh àrd sin a mhìneachadh leis an bloigh àrd de ìrean carbide saimeant agus silicide. Ach, dh’ adhbhraich làthaireachd nan ìrean sin cuideachd leudachadh aig briseadh dìreach 7%. Tha na lùban cuideam-cuideam de na co-phàirtean bunaiteach CoCrFeNi HEA (S-0) agus S-1 dronnach, a’ nochdadh gnìomhachd buaidh ceangail no TRIP59,60. An coimeas ri sampall S-1, tha cumadh cuasach air an lùb cuideam-cuideam de shampall S-2 aig strain timcheall air 10.20%, a tha a’ ciallachadh gur e an leathad dislocation àbhaisteach am prìomh mhodh deformation den t-sampall anns an stàit mì-chruthaichte seo60,61 . Ach, tha an ìre cruadhachaidh anns an t-sampall seo fhathast àrd thairis air raon cuideam mòr, agus aig gathan nas àirde tha gluasad gu convexity cuideachd ri fhaicinn (ged nach urrainnear a chuir a-mach gu bheil seo mar thoradh air fàilligeadh luchdan teannachaidh lubricated). ). Chan eil ach plastachd cuibhrichte aig composites C-3 agus C-4 air sgàth gu bheil bloighean meud nas àirde de carbides agus silicides anns a’ mhicro-structar. Cha deach deuchainnean teannachaidh de shamhlaichean de choimeasgaidhean C-5 agus C-6 a dhèanamh mar thoradh air uireasbhaidhean mòra tilgeadh air na sampallan sin de choimeasgaidhean (faic Fig. 10).
Stereomicrographs de lochdan tilgeadh (air an comharrachadh le saigheadan dearga) ann an sampallan de choimeasgaidhean C-5 agus C-6.
Tha toraidhean bho bhith a’ tomhas cruas composites VEA air an sealltainn ann am Figs. 9b. Tha cruas aig a’ bhunait WEA de 130 ± 5 HV, agus tha luachan cruas de 250 ± 10 HV, 275 ± 10 HV, 570 ± 20 HV aig samples S-1, S-2, S-3 agus S-4 agus 755±20 HV. Bha an àrdachadh ann an cruas ag aontachadh gu math leis an atharrachadh ann an neart toraidh a fhuaireadh bho dheuchainnean teannachaidh agus bha e co-cheangailte ri àrdachadh anns an àireamh de sholaidean anns a’ cho-chruinneachadh. Tha an neart toraidh sònraichte stèidhichte air co-dhèanamh targaid gach sampall cuideachd air a shealltainn ann am fige. 9b. San fharsaingeachd, thathas a’ cumail sùil air a’ mheasgachadh as fheàrr de neart toraidh (1200 MPa), cruas (275 ± 10 HV), agus leudachadh coimeasach ri fàilligeadh (~ 37%) airson coimeasgaichte C-2.
Tha coimeas eadar neart toraidh agus leudachadh coimeasach an stuth leasaichte le stuthan de dhiofar chlasaichean ri fhaicinn ann am Fig. 11a. Sheall co-phàirtean stèidhichte air CoCrFeNi san sgrùdadh seo leudachadh àrd aig ìre cuideam sònraichte62. Chithear cuideachd gu bheil feartan nan companaidhean HEA a chaidh a leasachadh san sgrùdadh seo nan laighe anns an roinn nach robh air a chleachdadh roimhe seo den chuilbheart de neart toraidh an aghaidh leudachadh. A bharrachd air an sin, tha raon farsaing de choimeasgaidhean neart aig na composites leasaichte (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa agus 2522 MPa) agus leudachadh (> 60%, 37%, 7.3% agus 6.19%). Tha neart toraidh cuideachd na fheart cudromach ann an taghadh stuthan airson tagraidhean innleadaireachd adhartach63,64. A thaobh seo, tha na stuthan HEA den innleachd a th’ ann an-dràsta a’ nochdadh measgachadh sàr-mhath de neart toraidh agus leudachadh. Tha seo air sgàth gu bheil cuir a-steach SiC dùmhlachd ìosal a’ leantainn gu companaidhean le neart toraidh sònraichte àrd. Tha an neart toraidh sònraichte agus an leudachadh de choimeasgaidhean HEA san aon raon ri HEA FCC agus HEA teasairginn, mar a chithear ann am Fig. 11b. Tha cruas agus neart toraidh nan stuthan leasaichte san aon raon ri glainneachan mòra meatailteach65 (Fig. 11c). Tha glainneachan mòra meatailteach (BMS) air an comharrachadh le cruas àrd agus neart toraidh, ach tha an leudachadh aca cuingealaichte66,67. Ach, sheall cruas agus neart toraidh cuid de na companaidhean HEA a chaidh a leasachadh san sgrùdadh seo leudachadh mòr cuideachd. Mar sin, chaidh co-dhùnadh gu bheil measgachadh sònraichte de fheartan meacanaigeach aig na stuthan a chaidh a leasachadh le VEA airson diofar thagraidhean structarail. Faodar an cothlamadh sònraichte seo de thogalaichean meacanaigeach a mhìneachadh leis an sgapadh èideadh de charbidean cruaidh a chaidh a chruthachadh an-dràsta ann am matrix FCC HEA. Ach, mar phàirt den amas airson measgachadh nas fheàrr de neart a choileanadh, feumar sgrùdadh agus smachd a chumail air atharrachaidhean microstructural mar thoradh air ìrean ceirmeag a chuir ris gus uireasbhaidhean tilgeadh a sheachnadh, leithid an fheadhainn a lorgar ann an co-phàirtean S-5 agus S-6, agus uireasbhuidh. gnè.
Chaidh toraidhean an sgrùdaidh seo a choimeas ri diofar stuthan structarail agus HEA: (a) leudachadh an aghaidh neart toraidh62, (b) cuideam toraidh sònraichte an aghaidh ductility63 agus (c) neart toraidh an aghaidh cruas65.
Chaidh sgrùdadh a dhèanamh air microstructure agus feartan meacanaigeach sreath de cho-phàirtean HEA-ceramic stèidhichte air siostam HEA CoCrFeNi le SiC a bharrachd agus chaidh na co-dhùnaidhean a leanas a tharraing:
Faodar co-phàirtean alloy entropy àrd a leasachadh gu soirbheachail le bhith a’ cur SiC ri CoCrFeNi HEA a’ cleachdadh an dòigh leaghadh arc.
Bidh SiC a’ lobhadh aig àm leaghadh arc, a’ leantainn gu cruthachadh ìrean carbide, silicide agus grafait in situ, agus tha làthaireachd agus bloigh meud dhiubh an urra ris an ìre de SiC a chaidh a chur ris a’ bhunait HEA.
Bidh companaidhean HEA a’ taisbeanadh mòran de fheartan meacanaigeach sàr-mhath, le feartan a tha a’ tuiteam a-steach do raointean far nach robh daoine a’ fuireach roimhe air an neart toraidh an aghaidh cuilbheart leudachaidh. Bha neart toraidh an stuth HEA a chaidh a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh 6 wt% SiC còrr is ochd tursan nas àirde na HEA bunaiteach fhad ‘s a bha e a’ cumail suas ductility 37%.
Tha cruas agus neart toraidh stuthan HEA anns an raon de ghloinean mòra meatailteach (BMG).
Tha na co-dhùnaidhean a’ nochdadh gu bheil co-dhèanamh alloy àrd-entropy a’ riochdachadh dòigh-obrach gealltanach airson a bhith a’ coileanadh measgachadh sàr-mhath de fheartan meatailt-meacanaigeach airson tagraidhean structarail adhartach.
Ùine puist: Iuchar-12-2023