CoCrFeNi adalah paduan entropi tinggi (HEA) kubik berpusat muka (fcc) yang telah dipelajari dengan baik dengan keuletan yang sangat baik tetapi kekuatan yang terbatas. Fokus penelitian ini adalah meningkatkan keseimbangan kekuatan dan keuletan HEA tersebut dengan menambahkan jumlah SiC yang berbeda menggunakan metode peleburan busur. Telah ditetapkan bahwa keberadaan kromium dalam basa HEA menyebabkan penguraian SiC selama peleburan. Jadi, interaksi karbon bebas dengan kromium menyebabkan pembentukan karbida kromium in situ, sedangkan silikon bebas tetap berada dalam larutan dalam basa HEA dan/atau berinteraksi dengan unsur-unsur yang membentuk basa HEA untuk membentuk silisida. Dengan meningkatnya kandungan SiC, fase struktur mikro berubah dengan urutan sebagai berikut: fcc → fcc + eutektik → fcc + serpihan kromium karbida → fcc + serpihan kromium karbida + silisida → fcc + serpihan kromium karbida + silisida + bola grafit / serpihan grafit. Komposit yang dihasilkan menunjukkan sifat mekanik yang sangat beragam (kekuatan hasil mulai dari 277 MPa pada perpanjangan lebih dari 60% hingga 2522 MPa pada perpanjangan 6%) dibandingkan dengan paduan konvensional dan paduan entropi tinggi. Beberapa komposit entropi tinggi yang dikembangkan menunjukkan kombinasi sifat mekanik yang sangat baik (kekuatan hasil 1200 MPa, perpanjangan 37%) dan menempati daerah yang sebelumnya tidak dapat dicapai pada diagram tegangan-pemanjangan hasil. Selain perpanjangan yang luar biasa, kekerasan dan kekuatan luluh komposit HEA berada pada kisaran yang sama dengan kaca logam curah. Oleh karena itu, pengembangan komposit entropi tinggi diyakini dapat membantu mencapai kombinasi sifat mekanik yang sangat baik untuk aplikasi struktural tingkat lanjut.
Pengembangan paduan entropi tinggi merupakan konsep baru yang menjanjikan dalam metalurgi1,2. Paduan entropi tinggi (HEA) dalam beberapa kasus telah menunjukkan kombinasi yang sangat baik antara sifat fisik dan mekanik, termasuk stabilitas termal yang tinggi3,4 perpanjangan superplastik5,6 ketahanan lelah7,8 ketahanan korosi9,10,11, ketahanan aus yang sangat baik12,13,14 ,15 dan sifat tribologi15 ,16,17 bahkan pada suhu tinggi18,19,20,21,22 dan sifat mekanik pada suhu rendah23,24,25. Kombinasi yang sangat baik dari sifat mekanik dalam HEA biasanya dikaitkan dengan empat efek utama, yaitu entropi konfigurasi tinggi, distorsi kisi yang kuat, difusi lambat, dan efek koktail. HEA biasanya diklasifikasikan menjadi tipe FCC, BCC dan HCP. FCC HEA biasanya mengandung unsur transisi seperti Co, Cr, Fe, Ni dan Mn dan menunjukkan keuletan yang sangat baik (bahkan pada suhu rendah25) tetapi kekuatannya rendah. BCC HEA biasanya terdiri dari elemen kepadatan tinggi seperti W, Mo, Nb, Ta, Ti dan V dan memiliki kekuatan yang sangat tinggi tetapi keuletannya rendah dan kekuatan spesifiknya rendah30.
Modifikasi mikrostruktur HEA berdasarkan pemesinan, pemrosesan termomekanis dan penambahan elemen telah diselidiki untuk mendapatkan kombinasi sifat mekanik terbaik. CoCrFeMnNi FCC HEA mengalami deformasi plastis yang parah akibat torsi tekanan tinggi, yang menyebabkan peningkatan signifikan dalam kekerasan (520 HV) dan kekuatan (1950 MPa), namun pengembangan struktur mikro nanokristalin (~50 nm) membuat paduan tersebut rapuh31 . Telah ditemukan bahwa penggabungan daktilitas kembaran (TWIP) dan plastisitas terinduksi transformasi (TRIP) ke dalam HEA CoCrFeMnNi memberikan kemampuan pengerasan kerja yang baik sehingga menghasilkan keuletan tarik yang tinggi, meskipun dengan mengorbankan nilai kekuatan tarik sebenarnya. Di bawah (1124 MPa) 32. Pembentukan struktur mikro berlapis (terdiri dari lapisan tipis terdeformasi dan inti tidak terdeformasi) pada HEA CoCrFeMnNi menggunakan shot peening menghasilkan peningkatan kekuatan, namun peningkatan ini terbatas pada sekitar 700 MPa33. Untuk mencari material dengan kombinasi kekuatan dan keuletan terbaik, pengembangan HEA multifase dan HEA eutektik menggunakan penambahan elemen non-isoatomik juga telah diselidiki34,35,36,37,38,39,40,41. Memang benar, telah ditemukan bahwa distribusi fase keras dan lunak yang lebih halus pada paduan eutektik dengan entropi tinggi dapat menghasilkan kombinasi kekuatan dan keuletan yang relatif lebih baik35,38,42,43.
Sistem CoCrFeNi adalah paduan entropi tinggi FCC fase tunggal yang banyak dipelajari. Sistem ini menunjukkan sifat pengerasan kerja yang cepat44 dan keuletan yang sangat baik45,46 pada suhu rendah dan tinggi. Berbagai upaya telah dilakukan untuk meningkatkan kekuatannya yang relatif rendah (~300 MPa)47,48 termasuk penghalusan butiran25, struktur mikro heterogen49, presipitasi50,51,52 dan plastisitas yang diinduksi transformasi (TRIP)53. Penghalusan butiran HEA CoCrFeNi kubik berpusat muka cor dengan penarikan dingin dalam kondisi berat meningkatkan kekuatan dari sekitar 300 MPa47,48 menjadi 1,2 GPa25, namun mengurangi hilangnya keuletan dari lebih dari 60% menjadi 12,6%. Penambahan Al pada HEA CoCrFeNi menghasilkan pembentukan struktur mikro heterogen, yang meningkatkan kekuatan luluhnya hingga 786 MPa dan perpanjangan relatifnya menjadi sekitar 22%49. CoCrFeNi HEA ditambah Ti dan Al sehingga membentuk endapan, sehingga membentuk penguatan presipitasi, meningkatkan kekuatan luluhnya hingga 645 MPa dan perpanjangan hingga 39%51. Mekanisme TRIP (kubik berpusat muka → transformasi martensitik heksahedral) dan kembaran meningkatkan kekuatan tarik CoCrFeNi HEA menjadi 841 MPa dan perpanjangan putus menjadi 76%53.
Upaya juga telah dilakukan untuk menambahkan penguat keramik ke matriks kubik berpusat muka HEA untuk mengembangkan komposit entropi tinggi yang dapat menunjukkan kombinasi kekuatan dan keuletan yang lebih baik. Komposit dengan entropi tinggi telah diproses dengan peleburan busur vakum44, paduan mekanis45,46,47,48,52,53, sintering plasma percikan46,51,52, pengepresan panas vakum45, pengepresan isostatik panas47,48 dan pengembangan proses manufaktur aditif43, 50. Karbida, oksida dan nitrida seperti WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 dan Y2O351 telah digunakan sebagai penguat keramik dalam pengembangan komposit HEA. Memilih matriks dan keramik HEA yang tepat sangat penting ketika merancang dan mengembangkan komposit HEA yang kuat dan tahan lama. Dalam karya ini, CoCrFeNi dipilih sebagai bahan matriks. Berbagai jumlah SiC ditambahkan ke CoCrFeNi HEA dan pengaruhnya terhadap struktur mikro, komposisi fasa, dan sifat mekanik dipelajari.
Logam Co, Cr, Fe, dan Ni dengan kemurnian tinggi (99,95% berat) dan bubuk SiC (kemurnian 99%, ukuran -400 mesh) dalam bentuk partikel elementer digunakan sebagai bahan baku pembuatan komposit HEA. Komposisi isoatomik HEA CoCrFeNi pertama-tama ditempatkan dalam cetakan tembaga setengah bola berpendingin air, dan kemudian ruangan dievakuasi hingga 3·10-5 mbar. Gas argon dengan kemurnian tinggi dimasukkan untuk mencapai vakum yang diperlukan untuk peleburan busur dengan elektroda tungsten yang tidak dapat dikonsumsi. Ingot yang dihasilkan dibalik dan dilebur kembali sebanyak lima kali untuk memastikan homogenitas yang baik. Komposit entropi tinggi dari berbagai komposisi dibuat dengan menambahkan sejumlah SiC ke tombol CoCrFeNi ekuatomik yang dihasilkan, yang dihomogenisasi ulang dengan inversi lima kali lipat dan peleburan kembali dalam setiap kasus. Kancing cetakan dari komposit yang dihasilkan dipotong menggunakan EDM untuk pengujian dan karakterisasi lebih lanjut. Sampel untuk studi mikrostruktur disiapkan sesuai dengan metode metalografi standar. Pertama, sampel diperiksa menggunakan mikroskop cahaya (Leica Microscope DM6M) dengan software Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) untuk analisis fase kuantitatif. Tiga gambar yang diambil di area berbeda dengan luas total sekitar 27.000 µm2 dipilih untuk analisis fase. Studi mikrostruktur terperinci lebih lanjut, termasuk analisis komposisi kimia dan analisis distribusi unsur, dilakukan pada mikroskop elektron pemindaian (JEOL JSM-6490LA) yang dilengkapi dengan sistem analisis spektroskopi dispersif energi (EDS). Karakterisasi struktur kristal komposit HEA dilakukan menggunakan sistem difraksi sinar-X (penggeser fasa Bruker D2) menggunakan sumber CuKα dengan ukuran langkah 0,04°. Pengaruh perubahan mikrostruktur terhadap sifat mekanik komposit HEA dipelajari menggunakan uji kekerasan mikro Vickers dan uji kompresi. Untuk uji kekerasan, beban 500 N diterapkan selama 15 detik dengan menggunakan setidaknya 10 lekukan per spesimen. Uji kompresi komposit HEA pada suhu kamar dilakukan pada spesimen persegi panjang (7 mm × 3 mm × 3 mm) pada mesin uji universal (UTM) Shimadzu 50KN pada laju regangan awal 0,001/s.
Komposit entropi tinggi, selanjutnya disebut sampel S-1 hingga S-6, dibuat dengan menambahkan 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, dan 17% SiC (semua berdasarkan berat%) ke matriks CoCrFeNi . masing-masing. Sampel referensi yang tidak ditambahkan SiC selanjutnya disebut sampel S-0. Mikrograf optik dari komposit HEA yang dikembangkan ditunjukkan pada Gambar. 1, dimana karena penambahan berbagai aditif, struktur mikro fase tunggal CoCrFeNi HEA diubah menjadi struktur mikro yang terdiri dari banyak fase dengan morfologi, ukuran, dan distribusi yang berbeda. Jumlah SiC dalam komposisi. Jumlah setiap fase ditentukan dari analisis gambar menggunakan perangkat lunak LAS Phase Expert. Sisipan pada Gambar 1 (kanan atas) menunjukkan contoh area untuk analisis ini, serta fraksi area untuk setiap komponen fase.
Mikrograf optik dari komposit entropi tinggi yang dikembangkan: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 dan (f) C- 6. Inset menunjukkan contoh hasil analisis fase gambar berbasis kontras menggunakan perangkat lunak LAS Phase Expert.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar. Gambar 1a merupakan struktur mikro eutektik yang terbentuk antara volume matriks komposit C-1, dimana jumlah matriks dan fasa eutektik diperkirakan masing-masing sebesar 87,9 ± 0,47% dan 12,1% ± 0,51%. Pada komposit (C-2) yang ditunjukkan pada Gambar 1b, tidak ada tanda-tanda reaksi eutektik selama pemadatan, dan struktur mikro yang diamati sama sekali berbeda dari komposit C-1. Struktur mikro komposit C-2 relatif halus dan terdiri dari pelat-pelat tipis (karbida) yang tersebar merata dalam fasa matriks (fcc). Fraksi volume matriks dan karbida diperkirakan masing-masing sebesar 72 ± 1,69% dan 28 ± 1,69%. Selain matriks dan karbida, fase baru (silicide) ditemukan pada komposit C-3, seperti ditunjukkan pada Gambar 1c, di mana fraksi volume fase silisida, karbida, dan matriks tersebut diperkirakan sekitar 26,5% ± 0,41%, 25,9 ± 0,53, dan 47,6 ± 0,34. Fase baru lainnya (grafit) juga diamati pada struktur mikro komposit C-4; total empat fase diidentifikasi. Fase grafit memiliki bentuk globular yang berbeda dengan kontras gelap pada gambar optik dan hanya terdapat dalam jumlah kecil (perkiraan fraksi volume hanya sekitar 0,6 ± 0,30%). Pada komposit C-5 dan C-6, hanya tiga fase yang teridentifikasi, dan fase grafit kontras gelap pada komposit tersebut muncul dalam bentuk serpihan. Dibandingkan dengan serpihan grafit pada Komposit S-5, serpihan grafit pada Komposit S-6 lebih lebar, lebih pendek, dan lebih teratur. Peningkatan kandungan grafit juga diamati dari 14,9 ± 0,85% pada komposit C-5 menjadi sekitar 17,4 ± 0,55% pada komposit C-6.
Untuk menyelidiki lebih lanjut struktur mikro rinci dan komposisi kimia setiap fase dalam komposit HEA, sampel diperiksa menggunakan SEM, dan analisis titik EMF serta pemetaan kimia juga dilakukan. Hasil untuk komposit C-1 ditunjukkan pada gambar. 2, dimana keberadaan campuran eutektik yang memisahkan daerah fasa matriks utama terlihat jelas. Peta kimia komposit C-1 ditunjukkan pada Gambar 2c, dimana terlihat Co, Fe, Ni, dan Si terdistribusi secara merata dalam fasa matriks. Namun, sejumlah kecil Cr ditemukan dalam fase matriks dibandingkan dengan elemen dasar HEA lainnya, menunjukkan bahwa Cr berdifusi keluar matriks. Komposisi fase eutektik putih pada gambar SEM kaya akan kromium dan karbon, menunjukkan bahwa itu adalah kromium karbida. Tidak adanya partikel SiC diskrit dalam struktur mikro, dikombinasikan dengan rendahnya kandungan kromium dalam matriks dan adanya campuran eutektik yang mengandung fase kaya kromium, menunjukkan dekomposisi lengkap SiC selama peleburan. Sebagai hasil penguraian SiC, silikon larut dalam fase matriks, dan karbon bebas berinteraksi dengan kromium membentuk kromium karbida. Seperti dapat dilihat, hanya karbon yang ditentukan secara kualitatif dengan metode EMF, dan pembentukan fasa dikonfirmasi dengan identifikasi karakteristik puncak karbida dalam pola difraksi sinar-X.
(a) Gambar SEM sampel S-1, (b) gambar diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
Analisis komposit C-2 ditunjukkan pada gambar. 3. Mirip dengan penampakan pada mikroskop optik, pemeriksaan SEM menunjukkan struktur halus yang hanya terdiri dari dua fase, dengan adanya fase pipih tipis yang tersebar merata di seluruh struktur. fase matriks, dan tidak ada fase eutektik. Distribusi unsur dan analisis titik EMF pada fase pipih menunjukkan kandungan Cr (kuning) dan C (hijau) yang relatif tinggi dalam fase ini, yang sekali lagi menunjukkan dekomposisi SiC selama peleburan dan interaksi karbon yang dilepaskan dengan efek kromium. . Matriks VEA membentuk fase karbida pipih. Distribusi unsur dan analisis titik fasa matriks menunjukkan bahwa sebagian besar kobalt, besi, nikel dan silikon terdapat dalam fasa matriks.
(a) Gambar SEM sampel S-2, (b) gambar diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
Studi SEM pada komposit C-3 mengungkapkan adanya fasa baru selain fasa karbida dan matriks. Peta unsur (Gbr. 4c) dan analisis titik EMF (Gbr. 4d) menunjukkan bahwa fase baru kaya akan nikel, kobalt, dan silikon.
(a) Gambar SEM sampel S-3, (b) gambar diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
Hasil analisis SEM dan EMF komposit C-4 ditunjukkan pada Gambar. 5. Selain ketiga fasa yang diamati pada komposit C-3, juga ditemukan adanya nodul grafit. Fraksi volume fase kaya silikon juga lebih tinggi dibandingkan komposit C-3.
(a) Gambar SEM sampel S-4, (b) gambar diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
Hasil spektrum SEM dan EMF komposit S-5 dan S-6 masing-masing ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2. 6 dan 7. Selain jumlah bola yang sedikit, keberadaan serpihan grafit juga teramati. Jumlah serpihan grafit dan fraksi volume fasa yang mengandung silikon pada komposit C-6 lebih besar dibandingkan komposit C-5.
(a) Gambar SEM sampel C-5, (b) tampilan diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
(a) Gambar SEM sampel S-6, (b) gambar diperbesar, (c) peta elemen, (d) Hasil EMF pada lokasi yang ditunjukkan.
Karakterisasi struktur kristal komposit HEA juga dilakukan dengan menggunakan pengukuran XRD. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 8. Pada pola difraksi basis WEA (S-0), hanya puncak yang sesuai dengan fase fcc yang terlihat. Pola difraksi sinar-X dari komposit C-1, C-2, dan C-3 menunjukkan adanya puncak tambahan yang sesuai dengan kromium karbida (Cr7C3), dan intensitasnya lebih rendah untuk sampel C-3 dan C-4, yang mengindikasikan itu juga dengan data EMF untuk sampel ini. Puncak yang sesuai dengan silisida Co/Ni diamati untuk sampel S-3 dan S-4, sekali lagi konsisten dengan hasil pemetaan EDS yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4. Puncak 5 dan S-6 diamati sesuai dengan grafit.
Karakteristik mikrostruktur dan kristalografi dari komposit yang dikembangkan menunjukkan dekomposisi SiC yang ditambahkan. Hal ini disebabkan adanya kromium dalam matriks VEA. Kromium memiliki afinitas yang sangat kuat terhadap karbon 54,55 dan bereaksi dengan karbon bebas membentuk karbida, seperti yang ditunjukkan dengan penurunan kandungan kromium dalam matriks. Si masuk ke fase fcc karena disosiasi SiC56. Dengan demikian, peningkatan penambahan SiC pada basis HEA menyebabkan peningkatan jumlah fasa karbida dan jumlah Si bebas dalam struktur mikro. Telah ditemukan bahwa Si tambahan ini disimpan dalam matriks pada konsentrasi rendah (pada komposit S-1 dan S-2), sedangkan pada konsentrasi yang lebih tinggi (komposit S-3 hingga S-6) menghasilkan pengendapan kobalt tambahan/. silisida nikel. Entalpi pembentukan standar silisida Co dan Ni, yang diperoleh melalui sintesis langsung kalorimetri suhu tinggi, masing-masing adalah -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 untuk Co2Si, CoSi dan CoSi2, sedangkan entalpi pembentukan standar silisida Co dan Ni, yang diperoleh melalui sintesis langsung kalorimetri suhu tinggi, masing-masing adalah -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 untuk Co2Si, CoSi, dan CoSi2 nilainya adalah – 50,6 ± 1,7 dan – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157 masing-masing untuk Ni2Si dan Ni5Si2. Nilai-nilai ini lebih rendah daripada panas pembentukan SiC, yang menunjukkan bahwa disosiasi SiC yang mengarah pada pembentukan silisida Co/Ni menguntungkan secara energetik. Pada komposit S-5 dan S-6, terdapat tambahan silikon bebas, yang diserap melampaui pembentukan silisida. Silikon bebas ini ditemukan berkontribusi terhadap grafitisasi yang diamati pada baja konvensional58.
Sifat mekanik dari komposit bertulang keramik berbasis HEA yang dikembangkan diselidiki dengan uji kompresi dan uji kekerasan. Kurva tegangan-regangan dari komposit yang dikembangkan ditunjukkan pada Gambar. 9a, dan pada Gambar 9b menunjukkan diagram sebar antara kekuatan luluh spesifik, kekuatan luluh, kekerasan, dan perpanjangan komposit yang dikembangkan.
(a) Kurva regangan tekan dan (b) plot sebar yang menunjukkan tegangan leleh spesifik, kuat leleh, kekerasan dan perpanjangan. Perhatikan bahwa hanya spesimen S-0 hingga S-4 yang ditampilkan, karena spesimen S-5 dan S-6 mengandung cacat pengecoran yang signifikan.
Seperti yang terlihat pada gambar. 9, kekuatan luluh meningkat dari 136 MPa untuk basis VES (C-0) menjadi 2522 MPa untuk komposit C-4. Dibandingkan dengan WPP dasar, komposit S-2 menunjukkan perpanjangan kegagalan yang sangat baik sekitar 37%, dan juga menunjukkan nilai kekuatan luluh yang jauh lebih tinggi (1200 MPa). Kombinasi yang sangat baik antara kekuatan dan keuletan komposit ini disebabkan oleh perbaikan struktur mikro secara keseluruhan, termasuk pemerataan lamela karbida halus di seluruh struktur mikro, yang diharapkan dapat menghambat pergerakan dislokasi. Kekuatan luluh komposit C-3 dan C-4 masing-masing sebesar 1925 MPa dan 2522 MPa. Kekuatan luluh yang tinggi ini dapat dijelaskan oleh tingginya fraksi volume fase karbida dan silisida yang disemen. Namun, kehadiran fase-fase ini juga mengakibatkan perpanjangan putus hanya sebesar 7%. Kurva tegangan-regangan komposit dasar CoCrFeNi HEA (S-0) dan S-1 berbentuk cembung, menunjukkan aktivasi efek kembaran atau TRIP59,60. Dibandingkan dengan sampel S-1, kurva tegangan-regangan sampel S-2 berbentuk cekung pada regangan sekitar 10,20%, yang berarti slip dislokasi normal merupakan mode deformasi utama sampel dalam keadaan terdeformasi ini60,61 . Namun, laju pengerasan pada spesimen ini tetap tinggi pada rentang regangan yang besar, dan pada regangan yang lebih tinggi, transisi ke konveksitas juga terlihat (walaupun tidak dapat dikesampingkan bahwa hal ini disebabkan oleh kegagalan beban tekan yang dilumasi). ). Komposit C-3 dan C-4 hanya memiliki plastisitas terbatas karena adanya fraksi volume karbida dan silisida yang lebih tinggi dalam struktur mikro. Uji kompresi sampel komposit C-5 dan C-6 tidak dilakukan karena terdapat cacat pengecoran yang signifikan pada sampel komposit tersebut (lihat Gambar 10).
Stereomikrograf cacat pengecoran (ditunjukkan dengan panah merah) pada sampel komposit C-5 dan C-6.
Hasil pengukuran kekerasan komposit VEA ditunjukkan pada Gambar. 9b. Basis WEA memiliki kekerasan 130±5 HV, dan sampel S-1, S-2, S-3 dan S-4 memiliki nilai kekerasan 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV dan 755±20 HV. Peningkatan kekerasan sejalan dengan perubahan kekuatan luluh yang diperoleh dari uji tekan dan dikaitkan dengan peningkatan jumlah padatan dalam komposit. Kekuatan luluh spesifik yang dihitung berdasarkan komposisi target masing-masing sampel juga ditunjukkan pada gambar. 9b. Secara umum, kombinasi terbaik antara kekuatan luluh (1200 MPa), kekerasan (275 ± 10 HV), dan perpanjangan relatif terhadap kegagalan (~37%) diamati untuk komposit C-2.
Perbandingan kekuatan luluh dan perpanjangan relatif komposit yang dikembangkan dengan bahan dari kelas yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 11a. Komposit berdasarkan CoCrFeNi dalam penelitian ini menunjukkan perpanjangan yang tinggi pada tingkat tegangan tertentu62. Dapat juga dilihat bahwa sifat-sifat komposit HEA yang dikembangkan dalam penelitian ini terletak pada wilayah yang sebelumnya tidak ditempati pada plot kekuatan luluh versus perpanjangan. Selain itu, komposit yang dikembangkan mempunyai rentang kombinasi kekuatan yang luas (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa dan 2522 MPa) dan elongasi (>60%, 37%, 7.3% dan 6.19%). Kekuatan luluh juga merupakan faktor penting dalam pemilihan material untuk aplikasi teknik tingkat lanjut63,64. Dalam hal ini, komposit HEA dari penemuan ini memperlihatkan suatu kombinasi yang sangat baik antara kekuatan luluh dan perpanjangan. Hal ini dikarenakan penambahan SiC densitas rendah menghasilkan komposit dengan kekuatan luluh spesifik yang tinggi. Kekuatan luluh spesifik dan perpanjangan komposit HEA berada dalam kisaran yang sama dengan HEA FCC dan HEA tahan api, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11b. Kekerasan dan kekuatan luluh komposit yang dikembangkan berada pada kisaran yang sama dengan kaca logam masif65 (Gbr. 11c). Kaca logam masif (BMS) mempunyai karakteristik kekerasan dan kekuatan luluh yang tinggi, namun perpanjangannya terbatas66,67. Namun kekerasan dan kekuatan luluh beberapa komposit HEA yang dikembangkan dalam penelitian ini juga menunjukkan perpanjangan yang signifikan. Dengan demikian, disimpulkan bahwa komposit yang dikembangkan oleh VEA memiliki kombinasi sifat mekanik yang unik dan banyak dicari untuk berbagai aplikasi struktural. Kombinasi unik sifat mekanik ini dapat dijelaskan dengan dispersi seragam karbida keras yang terbentuk in situ dalam matriks FCC HEA. Namun, sebagai bagian dari tujuan mencapai kombinasi kekuatan yang lebih baik, perubahan mikrostruktur akibat penambahan fase keramik harus dipelajari dan dikontrol secara cermat untuk menghindari cacat pengecoran, seperti yang ditemukan pada komposit S-5 dan S-6, dan keuletan. jenis kelamin.
Hasil penelitian ini dibandingkan dengan berbagai bahan struktural dan HEA: (a) perpanjangan versus kekuatan luluh62, (b) tegangan luluh spesifik versus keuletan63 dan (c) kekuatan luluh versus kekerasan65.
Telah dipelajari struktur mikro dan sifat mekanik rangkaian komposit keramik HEA berbasis sistem HEA CoCrFeNi dengan penambahan SiC dan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Komposit paduan entropi tinggi dapat berhasil dikembangkan dengan menambahkan SiC ke CoCrFeNi HEA menggunakan metode peleburan busur.
SiC terurai selama peleburan busur, yang mengarah pada pembentukan fase karbida, silisida, dan grafit di tempat, keberadaan dan fraksi volumenya bergantung pada jumlah SiC yang ditambahkan ke basa HEA.
Komposit HEA menunjukkan banyak sifat mekanik yang sangat baik, dengan sifat yang termasuk dalam area yang sebelumnya tidak dihuni pada kekuatan luluh versus plot elongasi. Kekuatan luluh komposit HEA yang dibuat menggunakan 6% berat SiC lebih dari delapan kali lipat dari HEA dasar dengan tetap mempertahankan keuletan 37%.
Kekerasan dan kekuatan luluh komposit HEA berada pada kisaran gelas logam curah (BMG).
Temuan ini menunjukkan bahwa komposit paduan entropi tinggi mewakili pendekatan yang menjanjikan untuk mencapai kombinasi sifat mekanik logam yang sangat baik untuk aplikasi struktural tingkat lanjut.
Waktu posting: 12 Juli-2023