Կերամիկական ամրացված HEA-ի վրա հիմնված կոմպոզիտները ցուցադրում են մեխանիկական հատկությունների հիանալի համադրություն:

CoCrFeNi-ն լավ ուսումնասիրված դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (fcc) բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածք է (HEA) գերազանց ճկունությամբ, բայց սահմանափակ ամրությամբ: Այս ուսումնասիրության նպատակն է բարելավել նման HEA-ների ամրության և ճկունության հավասարակշռությունը՝ ավելացնելով տարբեր քանակությամբ SiC՝ օգտագործելով աղեղային հալման մեթոդը: Հաստատվել է, որ բազային ՀԷԱ-ում քրոմի առկայությունը հալման ժամանակ առաջացնում է SiC-ի քայքայումը։ Այսպիսով, ազատ ածխածնի փոխազդեցությունը քրոմի հետ հանգեցնում է քրոմի կարբիդների in situ ձևավորմանը, մինչդեռ ազատ սիլիցիումը մնում է լուծույթի մեջ բազային HEA-ում և/կամ փոխազդում է բազային HEA-ն կազմող տարրերի հետ՝ առաջացնելով սիլիցիդներ: Քանի որ SiC պարունակությունը մեծանում է, միկրոկառուցվածքի փուլը փոխվում է հետևյալ հաջորդականությամբ՝ fcc → fcc + էվեկտիկական → fcc + քրոմ կարբիդի փաթիլներ → fcc + քրոմ կարբիդի փաթիլներ + սիլիցիդ → fcc + քրոմ կարբիդի փաթիլներ + սիլիցիդ + գրաֆիտի գնդիկներ / գրաֆիտի փաթիլներ: Ստացված կոմպոզիտները ցուցադրում են մեխանիկական հատկությունների շատ լայն շրջանակ (տարբերակման ուժ՝ տատանվում է 277 ՄՊա-ից ավելի քան 60% երկարացման դեպքում մինչև 2522 ՄՊա 6% երկարացման դեպքում) համեմատած սովորական համաձուլվածքների և բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքների հետ: Մշակված բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտներից մի քանիսը ցույց են տալիս մեխանիկական հատկությունների հիանալի համադրություն (թողման ուժ 1200 ՄՊա, երկարացում 37%) և զբաղեցնում են նախկինում անհասանելի շրջաններ ելքի լարվածություն-երկարացում դիագրամի վրա: Ի հավելումն ուշագրավ երկարացման, HEA կոմպոզիտների կարծրությունը և ելքի ուժը նույն միջակայքում են, ինչ մեծածավալ մետաղական ապակիները: Հետևաբար, ենթադրվում է, որ բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտների մշակումը կարող է օգնել հասնել մեխանիկական հատկությունների հիանալի համակցության առաջադեմ կառուցվածքային կիրառությունների համար:
Բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքների մշակումը խոստումնալից նոր հայեցակարգ է մետալուրգիայում1,2: Բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքները (HEA) մի շարք դեպքերում ցույց են տվել ֆիզիկական և մեխանիկական հատկությունների հիանալի համադրություն, ներառյալ բարձր ջերմային կայունությունը3,4 գերպլաստիկ երկարացում5,6 հոգնածության դիմադրություն7,8 կոռոզիոն դիմադրություն9,10,11, գերազանց մաշվածության դիմադրություն12,13,14 ,15 և տրիբոլոգիական հատկություններ15,16,17 նույնիսկ բարձր ջերմաստիճաններում18,19,20,21,22 և մեխանիկական հատկությունները ցածր ջերմաստիճաններում23,24,25. ՀԷԱ-ում մեխանիկական հատկությունների հիանալի համադրությունը սովորաբար վերագրվում է չորս հիմնական էֆեկտին, այն է՝ բարձր կոնֆիգուրացիոն էնտրոպիա26, ուժեղ ցանցային աղավաղում27, դանդաղ դիֆուզիոն28 և կոկտեյլ էֆեկտ29: HEA-ները սովորաբար դասակարգվում են որպես FCC, BCC և HCP տեսակներ: FCC HEA-ն սովորաբար պարունակում է անցումային տարրեր, ինչպիսիք են Co, Cr, Fe, Ni և Mn և ցուցադրում է գերազանց ճկունություն (նույնիսկ ցածր ջերմաստիճանում25), բայց ցածր ամրություն: BCC HEA-ն սովորաբար կազմված է բարձր խտության տարրերից, ինչպիսիք են W, Mo, Nb, Ta, Ti և V և ունի շատ բարձր ամրություն, բայց ցածր ճկունություն և ցածր հատուկ ամրություն30:
Հետազոտվել է HEA-ի միկրոկառուցվածքային փոփոխությունը՝ հիմնված հաստոցների, ջերմամեխանիկական մշակման և տարրերի ավելացման վրա՝ մեխանիկական հատկությունների լավագույն համադրություն ստանալու համար: CoCrFeMnNi FCC HEA-ն ենթարկվում է խիստ պլաստիկ դեֆորմացիայի՝ բարձր ճնշման ոլորման միջոցով, ինչը հանգեցնում է կարծրության (520 HV) և ամրության (1950 ՄՊա) զգալի աճի, սակայն նանոկյուրիստական ​​միկրոկառուցվածքի զարգացումը (~50 նմ) ​​խառնուրդը դարձնում է փխրուն31: . Պարզվել է, որ երկվորյակ ճկունության (TWIP) և փոխակերպման առաջացրած պլաստիկության (TRIP) ներդրումը CoCrFeMnNi HEA-ների մեջ ապահովում է աշխատանքի լավ կարծրություն, ինչը հանգեցնում է առաձգական բարձր ճկունության, թեև առաձգական ուժի իրական արժեքների հաշվին: Ստորև (1124 ՄՊա) 32. Շերտավոր միկրոկառուցվածքի ձևավորումը (կազմված բարակ դեֆորմացված շերտից և չդեֆորմացված միջուկից) CoCrFeMnNi HEA-ում կրակոցի միջոցով հանգեցրել է ուժի աճի, սակայն այս բարելավումը սահմանափակվել է մոտ 700 ՄՊա33-ով: Հզորության և ճկունության լավագույն համադրությամբ նյութերի որոնման ընթացքում ուսումնասիրվել է նաև բազմաֆազ ՀԵԱ-ների և էվեկտիկական ՀԷԱ-ների զարգացումը, օգտագործելով ոչ իզոատոմային տարրերի հավելումներ34,35,36,37,38,39,40,41: Իրոք, պարզվել է, որ էվեկտիկական բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքներում կոշտ և փափուկ ֆազերի ավելի նուրբ բաշխումը կարող է հանգեցնել ամրության և ճկունության համեմատաբար ավելի լավ համակցության35,38,42,43:
CoCrFeNi համակարգը լայնորեն ուսումնասիրված միաֆազ FCC բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածք է: Այս համակարգն օժտում է աշխատանքի արագ կարծրացման հատկություններ44 և գերազանց ճկունություն45,46 ինչպես ցածր, այնպես էլ բարձր ջերմաստիճաններում: Տարբեր փորձեր են արվել բարելավելու նրա համեմատաբար ցածր ուժը (~ 300 ՄՊա)47,48, ներառյալ հացահատիկի մաքրումը25, տարասեռ միկրոկառուցվածքը49, տեղումները50,51,52 և փոխակերպման հետևանքով առաջացած պլաստիկությունը (TRIP)53: Ձուլված դեմքի վրա կենտրոնացված խորանարդ HEA CoCrFeNi-ի հատիկի մաքրումը ծանր պայմաններում սառը քաշման միջոցով մեծացնում է ուժը մոտ 300 MPa47.48-ից մինչև 1.2 GPa25, սակայն նվազեցնում է ճկունության կորուստը ավելի քան 60%-ից մինչև 12.6%: Al-ի ավելացումը CoCrFeNi-ի HEA-ին հանգեցրեց տարասեռ միկրոկառուցվածքի ձևավորմանը, որը բարձրացրեց դրա ելքի ուժը մինչև 786 ՄՊա, իսկ հարաբերական երկարացումը մինչև մոտ 22%49: CoCrFeNi HEA-ն ավելացվել է Ti-ի և Al-ի հետ՝ նստվածքներ ստեղծելու համար, դրանով իսկ ձևավորելով տեղումների ուժեղացում՝ ավելացնելով դրա թողունակությունը մինչև 645 ՄՊա, իսկ երկարացումը մինչև 39%51: TRIP մեխանիզմը (դեմակենտրոն խորանարդ → վեցանկյուն մարտենզիտային փոխակերպում) և թվինինգը բարձրացրել են CoCrFeNi HEA-ի առաձգական ուժը մինչև 841 ՄՊա, իսկ ընդմիջման ժամանակ երկարացումը մինչև 76%53:
Փորձեր են արվել նաև ավելացնել կերամիկական ամրացում HEA դեմքի կենտրոնացված խորանարդ մատրիցին՝ բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտներ մշակելու համար, որոնք կարող են ցույց տալ ամրության և ճկունության ավելի լավ համադրություն: Բարձր էնտրոպիա ունեցող կոմպոզիտները մշակվել են վակուումային աղեղային հալման44, մեխանիկական համաձուլման45,46,47,48,52,53, կայծային պլազմայի սինթրինգով46,51,52, վակուումային տաք սեղմումով45, տաք իզոստատիկ սեղմումով47,48 և հավելանյութերի արտադրության մշակմամբ: 50. Կարբիդները, օքսիդները և նիտրիդները, ինչպիսիք են WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 և Y2O351, օգտագործվել են որպես կերամիկական ամրացում HEA կոմպոզիտների մշակման մեջ: HEA մատրիցայի և կերամիկայի ճիշտ ընտրությունը հատկապես կարևոր է ամուր և դիմացկուն HEA կոմպոզիտ նախագծելիս և մշակելիս: Այս աշխատանքում CoCrFeNi-ն ընտրվել է որպես մատրիցային նյութ: Տարբեր քանակությամբ SiC ավելացվել են CoCrFeNi HEA-ին և ուսումնասիրվել է դրանց ազդեցությունը միկրոկառուցվածքի, ֆազային կազմի և մեխանիկական հատկությունների վրա:
ՀԷԱ կոմպոզիտների ստեղծման համար որպես հումք օգտագործվել են բարձր մաքրության մետաղներ՝ Co, Cr, Fe և Ni (99,95 wt %) և SiC փոշի (մաքրությունը 99%, չափը -400 mesh) տարրական մասնիկների տեսքով։ CoCrFeNi HEA-ի իզոատոմային բաղադրությունը սկզբում տեղադրվել է կիսագնդաձև ջրով հովացվող պղնձե կաղապարի մեջ, այնուհետև խցիկը տարհանվել է մինչև 3·10-5 մբար: Բարձր մաքրության արգոն գազը ներմուծվում է չսպառվող վոլֆրամի էլեկտրոդներով աղեղի հալման համար անհրաժեշտ վակուումի հասնելու համար: Ստացված ձուլակտորները շրջվում և նորից հալվում են հինգ անգամ՝ լավ միատարրություն ապահովելու համար: Տարբեր կոմպոզիցիաների բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտներ պատրաստվեցին՝ արդյունքում ստացված համաչափ CoCrFeNi կոճակներին ավելացնելով որոշակի քանակությամբ SiC, որոնք նորից համասեռացան հինգ անգամ ինվերսիայի և վերահալման միջոցով յուրաքանչյուր դեպքում: Ստացված կոմպոզիտից կաղապարված կոճակը կտրվել է EDM-ի միջոցով՝ հետագա փորձարկման և բնութագրման համար: Նմուշներ միկրոկառուցվածքային ուսումնասիրությունների համար պատրաստվել են ստանդարտ մետալոգրաֆիկ մեթոդներով: Նախ, նմուշները հետազոտվել են լուսային մանրադիտակի միջոցով (Leica Microscope DM6M) Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) ծրագրային ապահովման միջոցով՝ քանակական փուլային վերլուծության համար: Մոտ 27000 մկմ ընդհանուր մակերեսով տարբեր տարածքներում արված երեք պատկերներ ընտրվել են փուլային վերլուծության համար: Մանրամասն միկրոկառուցվածքային ուսումնասիրություններ, ներառյալ քիմիական կազմի վերլուծությունը և տարրերի բաշխման վերլուծությունը, իրականացվել են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի վրա (JEOL JSM-6490LA), որը հագեցած է էներգիայի ցրման սպեկտրոսկոպիայի (EDS) վերլուծության համակարգով: HEA կոմպոզիտի բյուրեղային կառուցվածքի բնութագրումը կատարվել է ռենտգենյան դիֆրակցիոն համակարգի միջոցով (Bruker D2 փուլային շեղիչ)՝ օգտագործելով 0,04° աստիճանի աստիճանի CuKα աղբյուր: Միկրոկառուցվածքային փոփոխությունների ազդեցությունը HEA կոմպոզիտների մեխանիկական հատկությունների վրա ուսումնասիրվել է Vickers միկրոկարծրության թեստերի և սեղմման թեստերի միջոցով: Կարծրության փորձարկման համար կիրառվում է 500 Ն բեռ 15 վրկ՝ յուրաքանչյուր նմուշի համար առնվազն 10 ներքև: HEA կոմպոզիտների սեղմման փորձարկումները սենյակային ջերմաստիճանում իրականացվել են ուղղանկյուն նմուշների վրա (7 մմ × 3 մմ × 3 մմ) Shimadzu 50KN ունիվերսալ փորձարկման մեքենայի (UTM) վրա՝ 0,001/վ լարման սկզբնական արագությամբ:
Բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտները, որոնք այսուհետ կոչվում են S-1-ից S-6 նմուշներ, պատրաստվել են՝ ավելացնելով 3%, 6%, 9%, 12%, 15% և 17% SiC (բոլորը ըստ քաշի%) CoCrFeNi մատրիցին: . համապատասխանաբար. Հղման նմուշը, որին SiC չի ավելացվել, այսուհետ կոչվում է նմուշ S-0: Մշակված HEA կոմպոզիտների օպտիկական միկրոգրաֆիկները ներկայացված են Նկ. 1, որտեղ տարբեր հավելումների ավելացման շնորհիվ CoCrFeNi HEA-ի միաֆազ միկրոկառուցվածքը վերածվել է միկրոկառուցվածքի, որը բաղկացած է տարբեր մորֆոլոգիայի, չափերի և բաշխվածության բազմաթիվ փուլերից: SiC-ի քանակը բաղադրության մեջ. Յուրաքանչյուր փուլի քանակը որոշվել է պատկերի վերլուծությունից՝ օգտագործելով LAS Phase Expert ծրագրակազմը: Նկար 1-ի ներդիրը (վերևի աջ) ցույց է տալիս այս վերլուծության տարածքի օրինակ, ինչպես նաև յուրաքանչյուր փուլային բաղադրիչի մակերեսի բաժինը:
Մշակված բարձր էնտրոպիայի կոմպոզիտների օպտիկական միկրոգրաֆներ՝ ա) C-1, (բ) C-2, (գ) C-3, (դ) C-4, (ե) C-5 և (զ) C- 6. Ներդիրը ցույց է տալիս հակադրության վրա հիմնված պատկերի փուլային վերլուծության արդյունքների օրինակ՝ օգտագործելով LAS Phase Expert ծրագրաշարը:
Ինչպես ցույց է տրված նկ. 1a, C-1 կոմպոզիտի մատրիցային ծավալների միջև ձևավորված էվեկտիկական միկրոկառուցվածք, որտեղ մատրիցային և էվեկտիկական փուլերի քանակը գնահատվում է համապատասխանաբար 87,9 ± 0,47% և 12,1% ± 0,51%: Նկար 1b-ում ցուցադրված կոմպոզիտում (C-2), պնդացման ժամանակ էվեկտիկական ռեակցիայի նշաններ չկան, և նկատվում է C-1 կոմպոզիտից բոլորովին տարբեր միկրոկառուցվածք: C-2 կոմպոզիտի միկրոկառուցվածքը համեմատաբար նուրբ է և բաղկացած է բարակ թիթեղներից (կարբիդներից) միատեսակ բաշխված մատրիցային փուլում (fcc): Մատրիցայի և կարբիդի ծավալային բաժինները գնահատվում են համապատասխանաբար 72 ± 1,69% և 28 ± 1,69%: Բացի մատրիցից և կարբիդից, C-3 կոմպոզիտում հայտնաբերվել է նոր փուլ (սիլիկիդ), ինչպես ցույց է տրված նկար 1c-ում, որտեղ սիլիցիդի, կարբիդի և մատրիցային փուլերի ծավալային բաժինները գնահատվում են մոտ 26,5% ±: 0,41%, 25,9 ± 0,53 և 47,6 ± 0,34 համապատասխանաբար: Մեկ այլ նոր փուլ (գրաֆիտ) նույնպես դիտվել է C-4 կոմպոզիտի միկրոկառուցվածքում. ընդհանուր առմամբ հայտնաբերվել է չորս փուլ: Գրաֆիտի փուլն ունի հստակ գնդաձև ձև՝ մուգ հակադրություն օպտիկական պատկերներում և առկա է միայն փոքր քանակությամբ (գնահատված ծավալային բաժինը կազմում է ընդամենը մոտ 0,6 ± 0,30%): C-5 և C-6 կոմպոզիտներում հայտնաբերվել են միայն երեք փուլ, և այս կոմպոզիտներում մուգ հակապատկեր գրաֆիտի փուլը հայտնվում է փաթիլների տեսքով: Composite S-5-ում գրաֆիտի փաթիլների համեմատությամբ, Composite S-6-ում գրաֆիտի փաթիլներն ավելի լայն են, կարճ և կանոնավոր: Գրաֆիտի պարունակության համապատասխան աճ է նկատվել նաև C-5 կոմպոզիտում 14,9 ± 0,85%-ից մինչև C-6 կոմպոզիտում մոտ 17,4 ± 0,55%:
HEA կոմպոզիտում յուրաքանչյուր փուլի մանրամասն միկրոկառուցվածքը և քիմիական բաղադրությունը հետագայում ուսումնասիրելու համար նմուշները հետազոտվել են SEM-ի միջոցով, և կատարվել են նաև EMF կետերի վերլուծություն և քիմիական քարտեզագրում: Կոմպոզիտ C-1-ի արդյունքները ներկայացված են նկ. 2, որտեղ հստակ երևում է հիմնական մատրիցային փուլի շրջանները բաժանող էվեկտիկական խառնուրդների առկայությունը։ C-1 կոմպոզիտային քիմիական քարտեզը ներկայացված է Նկար 2c-ում, որտեղ երևում է, որ Co, Fe, Ni և Si-ը հավասարաչափ բաշխված են մատրիցային փուլում: Այնուամենայնիվ, մատրիցային փուլում հայտնաբերվել է Cr-ի փոքր քանակություն՝ համեմատած բազային HEA-ի այլ տարրերի հետ, ինչը ենթադրում է, որ Cr-ը ցրվել է մատրիցից դուրս: SEM պատկերում սպիտակ էվեկտիկական փուլի կազմը հարուստ է քրոմով և ածխածնով, ինչը ցույց է տալիս, որ դա քրոմի կարբիդ է: Միկրոկառուցվածքում դիսկրետ SiC մասնիկների բացակայությունը` զուգորդված մատրիցայում քրոմի ցածր պարունակության և քրոմով հարուստ ֆազեր պարունակող էվեկտիկական խառնուրդների առկայության հետ, ցույց է տալիս հալման ընթացքում SiC-ի ամբողջական տարրալուծումը: SiC-ի տարրալուծման արդյունքում սիլիցիումը լուծվում է մատրիցային փուլում, իսկ ազատ ածխածինը փոխազդում է քրոմի հետ՝ առաջացնելով քրոմի կարբիդներ։ Ինչպես երևում է, EMF մեթոդով որակապես որոշվել է միայն ածխածինը, իսկ փուլային ձևավորումը հաստատվել է ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություններում բնորոշ կարբիդային գագաթների հայտնաբերմամբ:
(ա) S-1 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված պատկերը, (գ) տարրի քարտեզը, (դ) EMF արդյունքները նշված վայրերում:
Կոմպոզիտ C-2-ի վերլուծությունը ցույց է տրված նկ. 3. Օպտիկական մանրադիտակի արտաքին տեսքի նման, SEM հետազոտությունը բացահայտեց նուրբ կառուցվածք, որը կազմված է ընդամենը երկու փուլից՝ բարակ շերտավոր փուլի առկայությամբ, որը հավասարաչափ բաշխված է ամբողջ կառուցվածքում: մատրիցային փուլ, և չկա էվեկտիկական փուլ: Շերտավոր փուլի տարրերի բաշխումը և EMF կետային վերլուծությունը բացահայտեցին Cr (դեղին) և C (կանաչ) համեմատաբար բարձր պարունակություն այս փուլում, ինչը կրկին ցույց է տալիս SiC-ի քայքայումը հալման ժամանակ և արձակված ածխածնի փոխազդեցությունը քրոմի էֆեկտի հետ։ . VEA մատրիցը ձևավորում է շերտավոր կարբիդային փուլ: Մատրիցային փուլի տարրերի բաշխումը և կետային վերլուծությունը ցույց տվեցին, որ կոբալտի, երկաթի, նիկելի և սիլիցիումի մեծ մասը առկա է մատրիցային փուլում:
(ա) S-2 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված պատկերը, (գ) տարրի քարտեզը, (դ) EMF արդյունքները նշված վայրերում:
C-3 կոմպոզիտների SEM ուսումնասիրությունները բացահայտեցին նոր փուլերի առկայությունը, բացի կարբիդային և մատրիցային փուլերից: Տարրական քարտեզը (նկ. 4c) և EMF կետի վերլուծությունը (նկ. 4դ) ցույց են տալիս, որ նոր փուլը հարուստ է նիկելով, կոբալտով և սիլիցիումով:
(ա) S-3 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված պատկերը, (գ) տարրի քարտեզը, (դ) EMF արդյունքները նշված վայրերում:
C-4 կոմպոզիտի SEM և EMF վերլուծության արդյունքները ներկայացված են Նկ. 5. Բացի C-3 կոմպոզիտում դիտարկված երեք փուլերից, հայտնաբերվել է նաև գրաֆիտի հանգույցների առկայությունը: Սիլիցիումով հարուստ փուլի ծավալային բաժինը նույնպես ավելի բարձր է, քան C-3 կոմպոզիտինը:
ա) S-4 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված պատկերը, (գ) տարրի քարտեզը, (դ) EMF արդյունքները նշված վայրերում:
S-5 և S-6 կոմպոզիտների SEM և EMF սպեկտրների արդյունքները ներկայացված են 1-ին և 2-րդ նկարներում, համապատասխանաբար, 6 և 7: Բացի փոքր թվով գնդերից, նկատվել է նաև գրաֆիտի փաթիլների առկայությունը։ Ինչպես գրաֆիտի փաթիլների քանակը, այնպես էլ սիլիցիում պարունակող փուլի ծավալային բաժինը C-6 կոմպոզիտում ավելի մեծ են, քան C-5 կոմպոզիտում:
(ա) C-5 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված տեսք, (գ) տարրական քարտեզ, (դ) EMF արդյունքներ նշված վայրերում:
(ա) S-6 նմուշի SEM պատկերը, (բ) ընդլայնված պատկերը, (գ) տարրի քարտեզը, (դ) EMF արդյունքները նշված վայրերում:
HEA կոմպոզիտների բյուրեղային կառուցվածքի բնութագրումը կատարվել է նաև XRD չափումների միջոցով: Արդյունքը ներկայացված է Նկար 8-ում: Հիմքի WEA-ի (S-0) դիֆրակցիոն օրինաչափության մեջ տեսանելի են միայն fcc փուլին համապատասխանող գագաթները: C-1, C-2 և C-3 կոմպոզիտների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները բացահայտեցին քրոմի կարբիդին (Cr7C3) համապատասխանող լրացուցիչ գագաթների առկայություն, և դրանց ինտենսիվությունը ավելի ցածր էր C-3 և C-4 նմուշների համար, ինչը ցույց տվեց. որ նաև այս նմուշների տվյալների EMF-ով: S-3 և S-4 նմուշների համար նկատվել են Co/Ni սիլիցիդներին համապատասխանող գագաթներ, որոնք կրկին համահունչ են Նկար 2-ում և 3-ում ներկայացված EDS-ի քարտեզագրման արդյունքներին: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում և Նկար 4-ում: Դիտարկվել են 5 և S-6 գագաթներ: գրաֆիտին համապատասխան:
Մշակված կոմպոզիտների և միկրոկառուցվածքային և բյուրեղագրական բնութագրերը ցույց են տվել ավելացված SiC-ի տարրալուծումը: Դա պայմանավորված է VEA մատրիցայում քրոմի առկայությամբ: Քրոմը շատ ուժեղ կապ ունի ածխածնի 54.55-ի հետ և փոխազդում է ազատ ածխածնի հետ՝ ձևավորելով կարբիդներ, ինչը ցույց է տալիս մատրիցայում քրոմի պարունակության նկատվող նվազումը: Si-ն անցնում է fcc փուլ SiC56-ի տարանջատման պատճառով: Այսպիսով, բազային HEA-ին SiC-ի ավելացման ավելացումը հանգեցրեց կարբիդային փուլի քանակի և միկրոկառուցվածքում ազատ Si-ի քանակի ավելացման: Պարզվել է, որ այս հավելյալ Si-ը մատրիցայում նստում է ցածր կոնցենտրացիաներում (S-1 և S-2 կոմպոզիտներում), մինչդեռ ավելի բարձր կոնցենտրացիաներում (կոմպոզիտներ S-3-ից S-6) հանգեցնում է լրացուցիչ կոբալտի նստվածքի/: նիկելի սիլիցիդ: Co և Ni սիլիցիդների ձևավորման ստանդարտ էնթալպիան, որը ստացվում է ուղղակի սինթեզի բարձր ջերմաստիճանի կալորիմետրիայի միջոցով, համապատասխանաբար -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 կՋ մոլ -1 է Co2Si, CoSi և CoSi2-ի համար, մինչդեռ սրանք. արժեքներն են – 50,6 ± 1,7 և – 45,1 ± 1,4 կՋ մոլ-157 Ni2Si-ի և Ni5Si2-ի համար, համապատասխանաբար: Այս արժեքները ավելի ցածր են, քան SiC-ի առաջացման ջերմությունը, ինչը ցույց է տալիս, որ SiC-ի տարանջատումը, որը հանգեցնում է Co/Ni սիլիցիդի ձևավորմանը, էներգետիկորեն բարենպաստ է: Ե՛վ S-5, և՛ S-6 կոմպոզիտներում առկա էր լրացուցիչ ազատ սիլիցիում, որը ներծծվում էր սիլիցիդի ձևավորումից դուրս: Պարզվել է, որ այս ազատ սիլիցիումը նպաստում է սովորական պողպատներում նկատվող գրաֆիտացմանը58:
HEA-ի հիման վրա մշակված կերամիկական ամրացված կոմպոզիտների մեխանիկական հատկությունները ուսումնասիրվում են սեղմման և կարծրության թեստերի միջոցով: Մշակված կոմպոզիտների լարվածություն-լարված կորերը ներկայացված են Նկ. 9a, իսկ Նկար 9b-ում ցույց է տրված ցրվածությունը մշակված կոմպոզիտների հատուկ ելքի ուժի, զիջման ուժի, կարծրության և երկարացման միջև:
ա) Ճնշման լարվածության կորերը և (բ) ցրման սյուժեները, որոնք ցույց են տալիս հատուկ զիջման լարվածությունը, զիջման ուժը, կարծրությունը և երկարացումը: Նկատի ունեցեք, որ ցուցադրված են միայն S-0-ից S-4 նմուշները, քանի որ S-5 և S-6 նմուշները պարունակում են ձուլման զգալի թերություններ:
Ինչպես երևում է նկ. 9, զիջման ուժն աճել է 136 ՄՊա հիմքի VES-ի համար (C-0) մինչև 2522 ՄՊա C-4 կոմպոզիտի համար: Համեմատած հիմնական WPP-ի հետ, S-2 կոմպոզիտը ցույց տվեց շատ լավ երկարացում մինչև ձախողումը մոտ 37%, ինչպես նաև ցույց տվեց զգալիորեն ավելի բարձր ելքի ուժի արժեքներ (1200 ՄՊա): Այս կոմպոզիտի ամրության և ճկունության հիանալի համադրությունը պայմանավորված է ընդհանուր միկրոկառուցվածքի բարելավմամբ, ներառյալ մանր կարբիդային լամելների միատեսակ բաշխումը միկրոկառուցվածքով, ինչը ակնկալվում է, որ կխանգարի տեղահանման շարժումը: C-3 և C-4 կոմպոզիտների թողունակությունը համապատասխանաբար 1925 ՄՊա և 2522 ՄՊա է: Այս բարձր եկամտաբերության ուժերը կարելի է բացատրել ցեմենտացված կարբիդի և սիլիցիդի փուլերի մեծ ծավալով: Այնուամենայնիվ, այս փուլերի առկայությունը նույնպես հանգեցրել է ընդմիջման ժամանակ ընդամենը 7% երկարացման: CoCrFeNi HEA (S-0) և S-1 բազային կոմպոզիտների լարվածություն-լարված կորերը ուռուցիկ են, ինչը ցույց է տալիս թվինինգ էֆեկտի ակտիվացումը կամ TRIP59,60: S-1 նմուշի համեմատ, S-2 նմուշի լարվածություն-լարված կորը ունի գոգավոր ձև մոտ 10,20% լարվածության դեպքում, ինչը նշանակում է, որ նորմալ տեղահանման սայթաքումը նմուշի հիմնական դեֆորմացման եղանակն է այս դեֆորմացված վիճակում60,61 . Այնուամենայնիվ, այս նմուշի կարծրացման արագությունը մնում է բարձր լարվածության մեծ տիրույթում, իսկ ավելի բարձր շտամների դեպքում նույնպես տեսանելի է անցում դեպի ուռուցիկություն (չնայած չի կարելի բացառել, որ դա պայմանավորված է յուղված սեղմման բեռների ձախողմամբ): ). C-3 և C-4 կոմպոզիտները ունեն միայն սահմանափակ պլաստիկություն՝ միկրոկառուցվածքում կարբիդների և սիլիցիդների ավելի մեծ ծավալային ֆրակցիաների առկայության պատճառով: C-5 և C-6 կոմպոզիտների նմուշների սեղմման փորձարկումները չեն իրականացվել կոմպոզիտների այս նմուշների վրա ձուլման զգալի թերությունների պատճառով (տես նկ. 10):
Ձուլման թերությունների ստերեոմիկրոգրաֆներ (նշվում են կարմիր սլաքներով) C-5 և C-6 կոմպոզիտների նմուշներում:
VEA կոմպոզիտների կարծրության չափման արդյունքները ներկայացված են Նկ. 9բ. Հիմնական WEA-ն ունի 130±5 HV կարծրություն, իսկ S-1, S-2, S-3 և S-4 նմուշները ունեն 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV և կարծրության արժեքներ: 755±20 HV. Կոշտության աճը լավ համընկնում էր սեղմման փորձարկումներից ստացված զիջման ուժի փոփոխության հետ և կապված էր կոմպոզիտում պինդ նյութերի քանակի ավելացման հետ: Յուրաքանչյուր նմուշի թիրախային կազմի հիման վրա հաշվարկված հատուկ ելքի ուժը ցույց է տրված նաև նկ. 9բ. Ընդհանուր առմամբ, զիջման ուժի (1200 ՄՊա), կարծրության (275 ± 10 HV) և մինչև ձախողման հարաբերական երկարացման (~37%) լավագույն համադրությունը դիտվում է կոմպոզիտային C-2-ի համար:
Մշակված կոմպոզիտային նյութի թողունակության և հարաբերական երկարացման համեմատությունը տարբեր դասերի նյութերի հետ ներկայացված է Նկար 11ա-ում: CoCrFeNi-ի վրա հիմնված կոմպոզիտները այս հետազոտության մեջ ցույց են տվել բարձր երկարացում ցանկացած տվյալ լարվածության մակարդակում62: Կարելի է նաև տեսնել, որ այս ուսումնասիրության մեջ մշակված HEA կոմպոզիտների հատկությունները գտնվում են հողամասի նախկինում չզբաղեցված հատվածում, որի ուժգնությունն ընդդեմ երկարացման: Բացի այդ, մշակված կոմպոզիտներն ունեն ամրության (277 ՄՊա, 1200 ՄՊա, 1925 ՄՊա և 2522 ՄՊա) և երկարացման (>60%, 37%, 7.3% և 6.19%) համադրությունների լայն շրջանակ: Ելքի ուժը նաև կարևոր գործոն է առաջադեմ ինժեներական կիրառությունների համար նյութերի ընտրության հարցում63,64: Այս առումով, սույն գյուտի HEA կոմպոզիտները ցուցադրում են զիջման ուժի և երկարացման հիանալի համադրություն: Դա պայմանավորված է նրանով, որ ցածր խտության SiC-ի ավելացումը հանգեցնում է կոմպոզիտների բարձր հատուկ ելքի ուժով: HEA կոմպոզիտների հատուկ ելքի ուժը և երկարացումը գտնվում են նույն տիրույթում, ինչ HEA FCC-ն և հրակայուն HEA-ն, ինչպես ցույց է տրված Նկար 11b-ում: Մշակված կոմպոզիտների կարծրությունը և թողունակությունը նույն միջակայքում են, ինչ զանգվածային մետաղական ապակիների համար65 (նկ. 11c): Զանգվածային մետաղական ապակիները (BMS) բնութագրվում են բարձր կարծրությամբ և զիջման ուժով, սակայն դրանց երկարացումը սահմանափակ է66,67: Այնուամենայնիվ, այս ուսումնասիրության ընթացքում մշակված որոշ HEA կոմպոզիտների կարծրությունը և զիջման ուժը նույնպես ցույց տվեցին զգալի երկարացում: Այսպիսով, եզրակացվեց, որ VEA-ի կողմից մշակված կոմպոզիտներն ունեն մեխանիկական հատկությունների յուրահատուկ և պահանջված համադրություն տարբեր կառուցվածքային կիրառությունների համար: Մեխանիկական հատկությունների այս եզակի համադրությունը կարելի է բացատրել FCC HEA մատրիցայում տեղում ձևավորված կոշտ կարբիդների միատեսակ ցրվածությամբ: Այնուամենայնիվ, որպես ամրության ավելի լավ համակցության հասնելու նպատակի մաս, կերամիկական փուլերի ավելացման արդյունքում առաջացող միկրոկառուցվածքային փոփոխությունները պետք է ուշադիր ուսումնասիրվեն և վերահսկվեն՝ ձուլման թերություններից խուսափելու համար, ինչպիսիք են S-5 և S-6 կոմպոզիտներում հայտնաբերվածները, և ճկունություն. սեռ.
Այս ուսումնասիրության արդյունքները համեմատվել են տարբեր կառուցվածքային նյութերի և HEA-ների հետ. (ա) երկարացումն ընդդեմ զիջման ուժի62, (բ) հատուկ զիջման լարվածությունը ընդդեմ ճկունության63 և (գ) զիջման ուժն ընդդեմ կարծրության65:
Ուսումնասիրվել են HEA-կերամիկական կոմպոզիտների մի շարք HEA CoCrFeNi համակարգի վրա հիմնված միկրոկառուցվածքը և մեխանիկական հատկությունները՝ SiC-ի ավելացումով, և արվել են հետևյալ եզրակացությունները.
Բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքի կոմպոզիտները կարող են հաջողությամբ մշակվել՝ SiC ավելացնելով CoCrFeNi HEA-ին՝ օգտագործելով աղեղային հալման մեթոդը:
SiC-ը քայքայվում է աղեղի հալման ժամանակ՝ հանգեցնելով in situ կարբիդի, սիլիցիդի և գրաֆիտի փուլերի ձևավորմանը, որոնց առկայությունը և ծավալային բաժինը կախված են բազային HEA-ին ավելացված SiC-ի քանակից:
HEA կոմպոզիտները ցուցադրում են շատ հիանալի մեխանիկական հատկություններ, որոնց հատկությունները ընկնում են նախկինում չզբաղեցրած տարածքներում զիջման ուժգնության դիմաց երկարաձգման հողամասի վրա: 6 wt% SiC-ով պատրաստված HEA կոմպոզիտի թողունակությունը ութ անգամ գերազանցում էր բազային HEA-ին՝ պահպանելով 37% ճկունությունը:
HEA կոմպոզիտների կարծրությունը և թողունակությունը գտնվում են մեծածավալ մետաղական ապակիների (BMG) շարքում:
Գտածոները ցույց են տալիս, որ բարձր էնտրոպիայի համաձուլվածքները ներկայացնում են խոստումնալից մոտեցում՝ առաջադեմ կառուցվածքային կիրառությունների համար մետաղա-մեխանիկական հատկությունների հիանալի համադրության հասնելու համար: