CoCrFeNi er vel rannsökuð andlitsmiðjuð kúbískur (fcc) hár-entropy álfelgur (HEA) með framúrskarandi sveigjanleika en takmarkaðan styrk. Áhersla þessarar rannsóknar er á að bæta jafnvægi styrks og sveigjanleika slíkra HEAs með því að bæta við mismunandi magni af SiC með því að nota bogabræðsluaðferðina. Það hefur verið staðfest að tilvist króms í grunninum HEA veldur niðurbroti SiC við bráðnun. Þannig leiðir víxlverkun frjálss kolefnis við króm til þess að krómkarbíð myndast á staðnum, en frjáls kísill helst í lausn í grunn-HEA og/eða hefur samskipti við frumefnin sem mynda grunn-HEA til að mynda kísilíð. Þegar SiC innihaldið eykst breytist örbyggingarfasinn í eftirfarandi röð: fcc → fcc + eutectic → fcc + krómkarbíðflögur → fcc + krómkarbíðflögur + kísill → fcc + krómkarbíðflögur + kísilkúlur + grafítkúlur / grafítflögur. Samsetningarefnin sem myndast sýna mjög breitt úrval af vélrænni eiginleikum (flæðistyrkur á bilinu 277 MPa við yfir 60% lengingu til 2522 MPa við 6% lengingu) samanborið við hefðbundnar málmblöndur og háa óreiðublöndur. Sumar samsettu efnasamsetninganna með mikilli óreiðumyndun sýna frábæra samsetningu vélrænna eiginleika (flæðistyrkur 1200 MPa, lenging 37%) og hernema áður óviðkomandi svæði á sveifluspennulengingarmyndinni. Auk ótrúlegrar lengingar eru hörku og flæðistyrkur HEA samsettra efna á sama bili og magn málmgleraugu. Þess vegna er talið að þróun samsettra efna með mikilli óreiðu geti hjálpað til við að ná framúrskarandi samsetningu vélrænna eiginleika fyrir háþróaða burðarvirki.
Þróun á óreiðublendi er efnilegt nýtt hugtak í málmvinnslu1,2. Hár entropy málmblöndur (HEA) hafa í mörgum tilfellum sýnt framúrskarandi samsetningu líkamlegra og vélrænna eiginleika, þar á meðal hár hitastöðugleika3,4 ofurplast lenging5,6 þreytuþol7,8 tæringarþol9,10,11, frábært slitþol12,13,14 ,15 og ættfræðieiginleikar15 ,16,17 jafnvel við háan hita18,19,20,21,22 og vélrænni eiginleikar við lágt hitastig23,24,25. Hin frábæra samsetning vélrænna eiginleika í HEA er venjulega rakin til fjögurra megináhrifa, þ.e. mikillar stillingar entropy26, sterka grindarbjögun27, hægfara dreifingu28 og kokteiláhrif29. HEA eru venjulega flokkuð sem FCC, BCC og HCP tegundir. FCC HEA inniheldur venjulega umbreytingarþætti eins og Co, Cr, Fe, Ni og Mn og sýnir framúrskarandi sveigjanleika (jafnvel við lágan hita25) en lítinn styrk. BCC HEA er venjulega samsett úr háþéttniþáttum eins og W, Mo, Nb, Ta, Ti og V og hefur mjög mikinn styrk en litla sveigjanleika og lítinn sérstyrk30.
Örbyggingarbreytingar á HEA sem byggjast á vinnslu, varmavélrænni vinnslu og íblöndun þátta hefur verið rannsökuð til að fá bestu samsetningu vélrænna eiginleika. CoCrFeMnNi FCC HEA verður fyrir alvarlegri plastaflögun með háþrýstingssnúningi, sem leiðir til verulegrar aukningar á hörku (520 HV) og styrk (1950 MPa), en þróun nanókristallaðrar örbyggingar (~50 nm) gerir málmblönduna brothætt31 . Það hefur komið í ljós að innlimun tvíbura sveigjanleika (TWIP) og umbreytingar völdum mýki (TRIP) í CoCrFeMnNi HEAs veitir góða vinnu herðleika sem leiðir til mikillar togþol, þó á kostnað raunverulegra togstyrksgilda. Neðan (1124 MPa) 32. Myndun lagskiptrar örbyggingar (sem samanstendur af þunnu, aflöguðu lagi og ómyndaðan kjarna) í CoCrFeMnNi HEA með því að nota kúlupening leiddi til aukins styrkleika, en þessi framför var takmörkuð við um 700 MPa33. Í leit að efnum með bestu samsetningu styrkleika og sveigjanleika, hefur þróun fjölfasa HEA og eutectic HEAs með því að nota viðbætur á ósamsætu frumefni einnig verið rannsökuð34,35,36,37,38,39,40,41. Reyndar hefur komið í ljós að fínni dreifing á hörðum og mjúkum fasa í eutectic hár-óreiðublendi getur leitt til tiltölulega betri samsetningar styrks og sveigjanleika35,38,42,43.
CoCrFeNi kerfið er mikið rannsökuð einfasa FCC hár-entropy málmblöndu. Þetta kerfi sýnir hraðherðandi eiginleika44 og framúrskarandi sveigjanleika45,46 við bæði lágt og hátt hitastig. Ýmsar tilraunir hafa verið gerðar til að bæta tiltölulega lágan styrk þess (~300 MPa)47,48, þar á meðal kornhreinsun25, ólíka örbyggingu49, úrkomu50,51,52 og umbreytingarframkallaða mýkt (TRIP)53. Kornfágun á steyptu andlitsmiðjusettu teningshorni HEA CoCrFeNi með kalddrætti við erfiðar aðstæður eykur styrkinn úr um 300 MPa47,48 í 1,2 GPa25, en dregur úr tapi á sveigjanleika úr meira en 60% í 12,6%. Bæting Al við HEA af CoCrFeNi leiddi til myndunar misleitrar örbyggingar, sem jók uppskeruþol þess í 786 MPa og hlutfallslega lengingu þess í um 22%49. CoCrFeNi HEA var bætt við Ti og Al til að mynda botnfall og myndaði þar með úrkomustyrkingu, sem jók uppskeruþol þess í 645 MPa og lenging í 39%51. TRIP vélbúnaðurinn (andlitsmiðjuð kubísk → hexahedral martensitic umbreyting) og tvíburar jók togstyrk CoCrFeNi HEA í 841 MPa og lenging við brot í 76%53.
Einnig hafa verið gerðar tilraunir til að bæta við keramikstyrkingu við HEA andlitsmiðaða kúbika fylkið til að þróa samsett efni með mikilli óreiðu sem getur sýnt betri samsetningu styrks og sveigjanleika. Samsett efni með mikla óreiðu hafa verið unnin með lofttæmibogabræðslu44, vélrænni málmblöndu45,46,47,48,52,53, neistaplasma sintrun46,51,52, lofttæmi heitpressun45, heitri jafnstöðupressu47,48 og þróun aukefna framleiðsluferla43, 50. Karbíð, oxíð og nítríð eins og WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 og Y2O351 hafa verið notuð sem keramikstyrking við þróun HEA samsettra efna. Það er sérstaklega mikilvægt að velja rétta HEA fylkið og keramikið þegar verið er að hanna og þróa sterka og endingargóða HEA samsetningu. Í þessu verki var CoCrFeNi valið sem fylkisefni. Ýmislegt magn af SiC var bætt við CoCrFeNi HEA og áhrif þeirra á örbyggingu, fasasamsetningu og vélræna eiginleika voru rannsökuð.
Háhreinir málmar Co, Cr, Fe og Ni (99,95 wt%) og SiC duft (hreinleiki 99%, stærð -400 möskva) í formi grunnagna voru notaðir sem hráefni til að búa til HEA samsett efni. Ísóatómsamsetning CoCrFeNi HEA var fyrst sett í hálfkúlulaga vatnskælt koparmót og síðan var hólfið tæmt í 3·10-5 mbar. Háhreint argongas er kynnt til að ná fram því lofttæmi sem þarf til að bræða ljósboga með óneytanlegum wolfram rafskautum. Hleifunum sem myndast er hvolft og endurbrædd fimm sinnum til að tryggja góða einsleitni. Hárörvunarsamsetningar úr ýmsum samsetningum voru útbúnar með því að bæta ákveðnu magni af SiC við jafnatóma CoCrFeNi hnappana sem mynduðust, sem voru endurjafnaðir með fimmfaldri snúningi og endurbræðslu í hverju tilviki. Mótaði hnappurinn úr samsetningunni sem myndast var skorinn með EDM til frekari prófunar og persónulýsingar. Sýni fyrir örbyggingarrannsóknir voru útbúin samkvæmt stöðluðum málmfræðiaðferðum. Fyrst voru sýnin skoðuð með ljóssmásjá (Leica Microscope DM6M) með hugbúnaðinum Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) fyrir megindlega fasagreiningu. Þrjár myndir teknar á mismunandi svæðum með heildarflatarmál um 27.000 µm2 voru valdar til fasagreiningar. Frekari ítarlegar smábyggingarrannsóknir, þar á meðal greiningu á efnasamsetningu og greiningu á frumefnadreifingu, voru gerðar á skanna rafeindasmásjá (JEOL JSM-6490LA) búin með orkudreifandi litrófsgreiningarkerfi (EDS). Lýsing á kristalbyggingu HEA samsettu efnisins var framkvæmd með því að nota röntgengeislunarkerfi (Bruker D2 fasaskiptir) með CuKα uppsprettu með skrefstærð 0,04°. Áhrif örbyggingarbreytinga á vélrænni eiginleika HEA samsettra efna voru rannsökuð með Vickers örhörkuprófum og þjöppunarprófum. Fyrir hörkuprófið er 500 N álagi beitt í 15 sekúndur með því að nota að minnsta kosti 10 innskot á hvert sýni. Þjöppunarprófanir á HEA samsettum efnum við stofuhita voru gerðar á rétthyrndum sýnum (7 mm × 3 mm × 3 mm) á Shimadzu 50KN alhliða prófunarvél (UTM) við upphafsspennuhraða 0,001/s.
Samsett efni með mikilli óreiðu, hér á eftir nefnd sýni S-1 til S-6, voru útbúin með því að bæta 3%, 6%, 9%, 12%, 15% og 17% SiC (allt miðað við þyngd%) í CoCrFeNi fylki . í sömu röð. Viðmiðunarsýnið sem engu SiC var bætt við er hér eftir nefnt sýni S-0. Ljósmyndir af þróuðum HEA samsettum efnum eru sýndar á myndum. 1, þar sem, vegna íblöndunar ýmissa aukefna, var einfasa örbyggingu CoCrFeNi HEA umbreytt í örbyggingu sem samanstendur af mörgum fasum með mismunandi formgerð, stærð og dreifingu. Magn SiC í samsetningunni. Magn hvers áfanga var ákvarðað út frá myndgreiningu með LAS Phase Expert hugbúnaði. Innfellingin á mynd 1 (efst til hægri) sýnir dæmi um svæði fyrir þessa greiningu, sem og flatarmálsbrot hvers fasaþáttar.
Ljósmyndamyndir af þróuðum efnasamsetningum með mikilli óreiðu: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 og (f) C- 6. Innfellingin sýnir dæmi um niðurstöður myndfasagreiningar sem byggjast á birtuskilum með því að nota LAS Phase Expert hugbúnaðinn.
Eins og sýnt er á mynd. 1a, eutectic örbygging sem myndast á milli fylkisrúmmáls C-1 samsettarinnar, þar sem magn fylkisins og eutektískra fasa er áætlað 87,9 ± 0,47% og 12,1% ± 0,51%, í sömu röð. Í samsettu efninu (C-2) sem sýnt er á mynd 1b eru engin merki um eutectic viðbrögð við storknun og örbygging sem er allt önnur en C-1 samsetningin sést. Örbygging C-2 samsettsins er tiltölulega fíngerð og samanstendur af þunnum plötum (karbíðum) jafnt dreift í fylkisfasanum (fcc). Rúmmálshlutar fylkisins og karbíðs eru áætlaðir 72 ± 1,69% og 28 ± 1,69%, í sömu röð. Auk fylkisins og karbíðsins fannst nýr fasi (kísilefni) í C-3 samsettu efninu, eins og sýnt er á mynd 1c, þar sem rúmmálshlutföll slíkra kísil-, karbíð- og fylkisfasa eru metin um 26,5% ± 0,41%, 25,9 ± 0,53 og 47,6 ± 0,34, í sömu röð. Annar nýr fasi (grafít) sást einnig í örbyggingu C-4 samsettarinnar; alls voru fjórir áfangar auðkenndir. Grafítfasinn hefur sérstaka kúlulaga lögun með dökkri birtuskilum í sjónmyndum og er aðeins til staðar í litlu magni (áætlað rúmmálshlutfall er aðeins um 0,6 ± 0,30%). Í samsettum efnum C-5 og C-6 voru aðeins þrír fasar auðkenndir og dökkur andstæður grafítfasinn í þessum samsettum efnum birtist í formi flögna. Í samanburði við grafítflögurnar í Composite S-5 eru grafítflögurnar í Composite S-6 breiðari, styttri og reglulegri. Samsvarandi aukning á grafítinnihaldi kom einnig fram úr 14,9 ± 0,85% í C-5 samsettu efninu í um 17,4 ± 0,55% í C-6 samsettu efninu.
Til að kanna frekar nákvæma örbyggingu og efnasamsetningu hvers fasa í HEA samsettu efninu voru sýni skoðuð með SEM og EMF punktagreining og efnakortlagning var einnig gerð. Niðurstöður fyrir samsett C-1 eru sýndar á mynd. 2, þar sem nærvera eutectic blanda sem aðskilja svæði aðal fylki fasa sést greinilega. Efnakort af samsettu C-1 er sýnt á mynd 2c, þar sem sjá má að Co, Fe, Ni og Si eru jafnt dreift í fylkisfasanum. Hins vegar fannst lítið magn af Cr í fylkisfasanum samanborið við aðra þætti í grunn-HEA, sem bendir til þess að Cr hafi dreifst út úr fylkinu. Samsetning hvíta eutectic fasans í SEM myndinni er rík af króm og kolefni, sem gefur til kynna að það sé krómkarbíð. Skortur á aðskildum SiC agnum í örbyggingunni, ásamt lágu innihaldi króms í fylkinu og nærveru eutectic blöndur sem innihalda krómríka fasa, gefur til kynna fullkomið niðurbrot SiC við bráðnun. Sem afleiðing af niðurbroti SiC leysist kísill upp í fylkisfasanum og laust kolefni hefur samskipti við króm til að mynda krómkarbíð. Eins og sjá má var aðeins kolefni ákvarðað eigindlega með EMF-aðferðinni og fasamyndunin var staðfest með auðkenningu á einkennandi karbíðtoppum í röntgengeislunarmynstrinu.
(a) SEM mynd af sýni S-1, (b) stækkuð mynd, (c) stakakort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
Greining á samsettu C-2 er sýnd á mynd. 3. Svipað og útlitið í sjónsmásjá, sýndi SEM skoðun fíngerða uppbyggingu sem samanstendur af aðeins tveimur fasum, með tilvist þunns lamellar fasa jafnt dreift um bygginguna. fylkisfasa, og það er enginn eutectic fasi. Frumefnisdreifingin og EMF punktgreiningin á lamellar fasanum leiddi í ljós tiltölulega hátt innihald Cr (gult) og C (grænt) í þessum áfanga, sem aftur gefur til kynna niðurbrot SiC við bráðnun og víxlverkun losaðs kolefnis við krómáhrif . VEA fylkið myndar lamellar carbide fasa. Dreifing frumefna og punktgreining á fylkisfasanum sýndi að megnið af kóbalti, járni, nikkeli og kísil er til staðar í fylkisfasanum.
(a) SEM mynd af sýni S-2, (b) stækkuð mynd, (c) stakakort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
SEM rannsóknir á C-3 samsettum efnum leiddu í ljós tilvist nýrra fasa til viðbótar við karbíð- og fylkisfasa. Frumefnakortið (Mynd 4c) og EMF punktagreining (Mynd 4d) sýna að nýi fasinn er ríkur af nikkeli, kóbalti og sílikoni.
(a) SEM mynd af sýni S-3, (b) stækkuð mynd, (c) stakakort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
Niðurstöður SEM og EMF greiningar á C-4 samsettu efninu eru sýndar á myndum. 5. Auk þeirra þriggja fasa sem sáust í samsettu C-3, fannst einnig grafíthnúðar. Rúmmálshlutfall kísilríka fasans er einnig hærra en í C-3 samsettu efninu.
(a) SEM mynd af sýni S-4, (b) stækkuð mynd, (c) stakakort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
Niðurstöður SEM og EMF litrófs samsettra efna S-5 og S-6 eru sýndar á myndum 1 og 2. 6 og 7, í sömu röð. Til viðbótar við lítinn fjölda kúla kom einnig fram grafítflögur. Bæði fjöldi grafítflaga og rúmmálshlutfall kísilfasans í C-6 samsettu efninu er meira en í C-5 samsettu efninu.
(a) SEM mynd af sýni C-5, (b) stækkuð mynd, (c) grunnkort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
(a) SEM mynd af sýni S-6, (b) stækkuð mynd, (c) stakakort, (d) EMF niðurstöður á tilgreindum stöðum.
Kristalbyggingareinkenni HEA samsettra efna var einnig gerð með því að nota XRD mælingar. Niðurstaðan er sýnd á mynd 8. Í diffraction mynstur grunnsins WEA (S-0) sjást aðeins topparnir sem samsvara fcc fasanum. Röntgengeislunarmynstur samsettra efna C-1, C-2 og C-3 leiddi í ljós að fleiri toppar sem samsvara krómkarbíði (Cr7C3) voru til staðar og styrkleiki þeirra var minni fyrir sýni C-3 og C-4, sem benti til það einnig með gögnum EMF fyrir þessi sýni. Toppar sem samsvara Co/Ni kísilefnum sáust fyrir sýni S-3 og S-4, aftur í samræmi við EDS kortlagningarniðurstöðurnar sem sýndar eru á myndum 2 og 3. Eins og sýnt er á mynd 3 og mynd 4. sáust 5 og S-6 toppar samsvarar grafíti.
Bæði örbyggingareiginleikar og kristallafræðilegir eiginleikar þróaðra samsettra efna bentu til niðurbrots á viðbættu SiC. Þetta er vegna tilvistar króms í VEA fylkinu. Króm hefur mjög sterka sækni í kolefni 54,55 og hvarfast við frítt kolefni til að mynda karbíð, eins og sést af lækkun á króminnihaldi fylkisins. Si fer í fcc fasa vegna sundrun SiC56. Þannig leiddi aukning á íblöndun SiC við grunn-HEA til aukningar á magni karbíðfasans og magns óbundins Si í örbyggingunni. Í ljós hefur komið að þetta viðbótar-Sí er sett í fylkið við lágan styrk (í samsettum efnum S-1 og S-2), en við hærri styrk (samsett efni S-3 til S-6) leiðir það til viðbótar kóbaltútfellingar/. nikkel kísil. Stöðluð þröskuld myndunar Co og Ni kísilsíðna, fengin með beinni myndun háhita hitaeiningamælinga, er -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mól -1 fyrir Co2Si, CoSi og CoSi2, í sömu röð, en þessir gildin eru – 50,6 ± 1,7 og – 45,1 ± 1,4 kJ mól-157 fyrir Ni2Si og Ni5Si2, í sömu röð. Þessi gildi eru lægri en hitinn við myndun SiC, sem gefur til kynna að sundrun SiC sem leiðir til myndunar Co/Ni kísilefna er orkulega hagstæð. Í bæði S-5 og S-6 samsettum efnum var viðbótar frítt kísill til staðar, sem frásogaðist umfram myndun kísilsíðs. Þessi frjálsi kísill hefur reynst stuðla að grafítgerðinni sem sést í hefðbundnu stáli58.
Vélrænni eiginleikar þróaðra keramikstyrktra samsettra efna sem byggjast á HEA eru rannsakaðir með þjöppunarprófum og hörkuprófum. Álags-álagsferlar þróaðra samsettra efna eru sýndir á myndum. 9a, og á mynd 9b sýnir dreifingarmynd milli tiltekins uppskeruþols, uppskeruþols, hörku og lengingar þróaðra samsettra efna.
(a) Þrýstiþynningarferlar og (b) dreifingarreitir sem sýna sérstaka flæðispennu, flæðistyrk, hörku og lengingu. Athugið að aðeins sýni S-0 til S-4 eru sýnd, þar sem sýni S-5 og S-6 innihalda verulegan steypugalla.
Eins og sést á mynd. 9, jókst afrakstursstyrkurinn úr 136 MPa fyrir grunn VES (C-0) í 2522 MPa fyrir C-4 samsett efni. Samanborið við grunn WPP sýndi S-2 samsettið mjög góða lengingu til bilunar upp á um 37% og sýndi einnig marktækt hærra afrakstursstyrk (1200 MPa). Frábær samsetning styrkleika og sveigjanleika þessarar samsettu efnis er vegna endurbóta á heildar örbyggingu, þar með talið samræmdri dreifingu fínna karbíðlamella um örbygginguna, sem búist er við að hamli hreyfingu frá liðfæringu. Afrakstursstyrkur C-3 og C-4 samsettra efna eru 1925 MPa og 2522 MPa, í sömu röð. Þessa háu afrakstursstyrk má skýra með háu rúmmálshlutfalli sementaðs karbíðs og kísilfasa. Tilvist þessara fasa leiddi hins vegar einnig til þess að roflengingin var aðeins 7%. Álags-álagsferlar grunnefnanna CoCrFeNi HEA (S-0) og S-1 eru kúptar, sem gefur til kynna virkjun tvíburaáhrifa eða TRIP59,60. Samanborið við sýni S-1, hefur álags-þynningarferill sýnis S-2 íhvolf lögun við álag sem er um það bil 10,20%, sem þýðir að venjulegur losunarhringur er aðal aflögunarhamur sýnisins í þessu vansköpuðu ástandi60,61 . Hins vegar er hörðunarhraði í þessu sýni áfram hátt yfir stórt álagssvið og við hærri álag er einnig sjáanleg umskipti yfir í kúpt (þó ekki sé hægt að útiloka að það sé vegna bilunar á smurðu þrýstiálagi). ). Samsett efni C-3 og C-4 hafa aðeins takmarkaða mýkt vegna nærveru meira rúmmálshluta af karbíðum og kísilefnum í örbyggingunni. Þjöppunarprófanir á sýnum af samsettum efnum C-5 og C-6 voru ekki gerðar vegna verulegra steypugalla á þessum sýnum af samsettum efnum (sjá mynd 10).
Stereómmyndir af steypugöllum (gefin til kynna með rauðum örvum) í sýnum af samsettum efnum C-5 og C-6.
Niðurstöður mælinga á hörku VEA samsettra efna eru sýndar á myndum. 9b. Grunnurinn WEA hefur hörku 130±5 HV og sýni S-1, S-2, S-3 og S-4 eru með hörkugildi 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV og 755±20 HV. Hörkuaukningin var í góðu samræmi við breytingu á flæðistyrk sem fékkst úr þjöppunarprófum og tengdist aukningu á magni fastra efna í samsetningunni. Reiknaður sértækur uppskerustyrkur miðað við marksamsetningu hvers sýnis er einnig sýndur á mynd. 9b. Almennt séð er besta samsetningin af álagsstyrk (1200 MPa), hörku (275 ± 10 HV) og hlutfallsleg lenging til bilunar (~37%) fyrir samsett C-2.
Samanburður á uppskeruþol og hlutfallslegri lengingu þróaðs samsetts við efni af mismunandi flokkum er sýndur á mynd 11a. Samsett efni sem byggt var á CoCrFeNi í þessari rannsókn sýndi mikla lengingu á hverju tilteknu streitustigi62. Einnig má sjá að eiginleikar HEA samsettra efna sem þróuð voru í þessari rannsókn liggja á áður óuppteknu svæði á lóðinni um uppskerustyrk á móti lengingu. Að auki hafa hinar þróuðu samsetningar fjölbreytt úrval af samsetningum styrkleika (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa og 2522 MPa) og lengingar (>60%, 37%, 7,3% og 6,19%). Afrakstursstyrkur er einnig mikilvægur þáttur í vali á efnum fyrir háþróaða verkfræðinotkun63,64. Í þessu sambandi sýna HEA samsett efni þessarar uppfinningar frábæra blöndu af þolstyrk og lengingu. Þetta er vegna þess að viðbót á lágþéttni SiC leiðir til samsettra efna með háan sértækan uppskerustyrk. Sérstakur flæðistyrkur og lenging HEA samsettra efna eru á sama bili og HEA FCC og eldföst HEA, eins og sýnt er á mynd 11b. Hörku og flæðistyrkur þróaðra samsettra efna eru á sama bili og fyrir gegnheill málmgleraugu65 (Mynd 11c). Gegnheill málmgler (BMS) einkennast af mikilli hörku og flæðistyrk, en lenging þeirra er takmörkuð66,67. Hins vegar sýndu hörku og flæðistyrk sumra HEA samsettra efna sem þróuð voru í þessari rannsókn einnig verulega lengingu. Þannig var komist að þeirri niðurstöðu að samsett efni sem VEA hefur þróað hafi einstaka og eftirsótta samsetningu vélrænna eiginleika fyrir ýmis burðarvirki. Þessa einstöku samsetningu vélrænna eiginleika má skýra með samræmdri dreifingu harðra karbíða sem myndast á staðnum í FCC HEA fylkinu. Hins vegar, sem hluti af því markmiði að ná fram betri samsetningu styrkleika, verður að rannsaka og stjórna vandlega örbyggingarbreytingar sem stafa af því að keramikfasa er bætt við til að forðast steypugalla, eins og þær sem finnast í S-5 og S-6 samsettum efnum, og sveigjanleiki. kyn.
Niðurstöður þessarar rannsóknar voru bornar saman við ýmis burðarefni og HEA: (a) lenging á móti slökkviþol62, (b) sérstakt flæðispenna á móti sveigjanleika63 og (c) svigþol á móti hörku65.
Örbygging og vélrænni eiginleikar röð HEA-keramik samsettra efna sem byggjast á HEA CoCrFeNi kerfinu að viðbættum SiC hafa verið rannsakaðir og eftirfarandi ályktanir hafa verið dregnar:
Hægt er að þróa samsett efni með mikilli óreiðublöndu með góðum árangri með því að bæta SiC við CoCrFeNi HEA með því að nota bogabræðsluaðferðina.
SiC brotnar niður við ljósbogabræðslu, sem leiðir til myndunar á staðnum karbíð-, kísil- og grafítfasa, tilvist og rúmmálshlutfall þeirra fer eftir magni SiC sem bætt er við grunn-HEA.
HEA samsett efni sýna marga framúrskarandi vélræna eiginleika, með eiginleikum sem falla inn á áður óupptekin svæði á ávöxtunarþoli á móti lengingu. Flutningsstyrkur HEA samsettsins sem gerður var með því að nota 6 wt% SiC var meira en átta sinnum meiri en grunn-HEA á sama tíma og hún hélt 37% sveigjanleika.
Hörku og flæðistyrkur HEA samsettra efna eru á bilinu magnmálmgleraugu (BMG).
Niðurstöðurnar benda til þess að samsett efni með mikilli óreiðublöndu tákna efnilega nálgun til að ná framúrskarandi samsetningu málm-vélrænna eiginleika fyrir háþróaða burðarvirki.
Birtingartími: 12. júlí 2023