CoCrFeNi ass eng gutt studéiert Gesiicht-zentréiert kubesch (fcc) héichentropie Legierung (HEA) mat exzellenter Duktilitéit awer limitéierter Kraaft. De Fokus vun dëser Etude ass op d'Verbesserung vun der Gläichgewiicht vu Stäerkt an Duktilitéit vun esou HEAs andeems verschidde Quantitéite SiC mat der Bouschmelzmethod derbäi ginn. Et gouf festgestallt datt d'Präsenz vu Chrom an der Basis HEA d'Zersetzung vu SiC während der Schmelz verursaacht. Also féiert d'Interaktioun vu fräie Kuelestoff mat Chrom zu der in situ Bildung vu Chromkarbiden, wärend fräi Silizium an der Léisung an der Basis HEA bleift an / oder mat den Elementer interagéiert, déi d'Basis HEA ausmaachen, fir Siliziden ze bilden. Wéi de SiC Inhalt eropgeet, ännert d'Mikrostrukturphase an der folgender Sequenz: fcc → fcc + eutektesch → fcc + Chromkarbidflaken → fcc + Chromkarbidflaken + Silizid → fcc + Chromkarbidflaken + Silizid + Grafitbäll / Grafitflaken. Déi resultéierend Kompositen weisen eng ganz breet Palette vu mechanesche Eegeschaften (Ausbezuelungsstäerkt rangéiert vun 277 MPa bei iwwer 60% Verlängerung bis 2522 MPa bei 6% Verlängerung) am Verglach mat konventionell Legierungen an héich Entropie Legierungen. E puer vun den entwéckelte High-Entropie-Kompositen weisen eng exzellent Kombinatioun vu mechanesche Properties (Ausbezuelungsstäerkt 1200 MPa, Verlängerung 37%) a besetzen virdrun onerreechbar Regiounen am Ausbezuelungs-Verlängerungsdiagramm. Zousätzlech zu der bemierkenswäerter Verlängerung sinn d'Häertheet an d'Ausbezuelkraaft vun HEA Composites am selwechte Beräich wéi bulk metallesche Brëller. Dofir gëtt ugeholl datt d'Entwécklung vun héijen Entropie Kompositen hëllefe kann eng exzellent Kombinatioun vu mechanesche Properties fir fortgeschratt strukturell Uwendungen z'erreechen.
D'Entwécklung vun héich Entropie Legierungen ass e villverspriechend neit Konzept an der Metallurgie1,2. Héich Entropie Legierungen (HEA) hunn an enger Rei vu Fäll eng exzellent Kombinatioun vu physikaleschen a mechanesche Eegeschafte gewisen, dorënner héich thermesch Stabilitéit3,4 superplastesch Verlängerung5,6 Middegkeetsbeständegkeet7,8 Korrosiounsbeständegkeet9,10,11, exzellent Verschleißbeständegkeet12,13,14 ,15 an tribologesch Eegeschafte15 ,16,17 souguer bei héijen Temperaturen18,19,20,21,22 an mechanesch Eegeschafte bei niddregen Temperaturen23,24,25. Déi exzellent Kombinatioun vu mechanesche Properties an HEA gëtt normalerweis u véier Haapteffekter zougeschriwwen, nämlech héich konfigurativ Entropie26, staark Gitterverzerrung27, lues Diffusioun28 a Cocktaileffekt29. HEAs ginn normalerweis als FCC, BCC an HCP Typen klasséiert. FCC HEA enthält typesch Iwwergangselementer wéi Co, Cr, Fe, Ni a Mn a weist exzellent Duktilitéit (och bei niddregen Temperaturen25) awer niddereg Kraaft. BCC HEA ass normalerweis aus héich Dicht Elementer wéi W, Mo, Nb, Ta, Ti a V komponéiert an huet ganz héich Kraaft awer niddereg Duktilitéit an niddereg spezifesch Kraaft30.
D'mikrostrukturell Modifikatioun vun HEA baséiert op Veraarbechtung, thermomechanesch Veraarbechtung an d'Zousatz vun Elementer gouf ënnersicht fir déi bescht Kombinatioun vu mechanesche Eegeschaften ze kréien. CoCrFeMnNi FCC HEA ass mat enger schwéierer plastescher Verformung duerch Héichdrocktorsioun ënnerworf, wat zu enger bedeitender Erhéijung vun der Härte (520 HV) a Stäerkt (1950 MPa) féiert, awer d'Entwécklung vun enger nanokristalliner Mikrostruktur (~ 50 nm) mécht d'Legierung brécheg31 . Et gouf erausfonnt datt d'Inkorporatioun vun der Zwillingduktilitéit (TWIP) an der Transformatioun induzéierter Plastizitéit (TRIP) an CoCrFeMnNi HEAs gutt Aarbechtshärbarkeet gëtt, wat zu enger héijer Spannduktilitéit resultéiert, och wann op Käschte vun aktuellen Spannkraaftwäerter. Ënnert (1124 MPa) 32. D'Bildung vun enger gelagerter Mikrostruktur (besteet aus enger dënnter deforméierter Schicht an engem onverformte Kär) an der CoCrFeMnNi HEA mat Hëllef vu Schéisserei huet zu enger Erhéijung vun der Kraaft gefouert, awer dës Verbesserung war op ongeféier 700 MPa33 limitéiert. Op der Sich no Materialien mat der beschter Kombinatioun vu Stäerkt a Duktilitéit ass d'Entwécklung vu Multiphase HEAs an eutekteschen HEAs mat Ergänzunge vun net-isoatomeschen Elementer och ënnersicht ginn34,35,36,37,38,39,40,41. Tatsächlech ass et fonnt ginn datt eng méi fein Verdeelung vun haarden a mëllen Phasen an eutekteschen Héichentropielegierungen zu enger relativ besserer Kombinatioun vu Kraaft a Duktilitéit35,38,42,43 féieren kann.
De CoCrFeNi System ass eng wäit studéiert Single-Phase FCC Héichentropie Legierung. Dëse System weist séier Aarbecht härten Properties44 an exzellent Duktilitéit45,46 bei niddregen an héijen Temperaturen. Verschidde Versuche goufen gemaach fir seng relativ geréng Kraaft (~ 300 MPa) 47,48 ze verbesseren, inklusiv Getreideraffinement25, heterogen Mikrostruktur49, Nidderschlag50,51,52 an Transformation-induzéiert Plastizitéit (TRIP)53. Grain Verfeinerung vu Goss Gesiicht-zentréiert kubesch HEA CoCrFeNi duerch kal Zeechnen ënner schwieregen Konditiounen erhéicht d'Kraaft vu ronn 300 MPa47,48 op 1,2 GPa25, awer reduzéiert de Verloscht vun der Duktilitéit vu méi wéi 60% op 12,6%. D'Zousatz vun Al zu der HEA vu CoCrFeNi huet zu der Bildung vun enger heterogener Mikrostruktur gefouert, wat seng Ausbezuelkraaft op 786 MPa erhéicht huet a seng relativ Verlängerung op ongeféier 22%49. CoCrFeNi HEA gouf mat Ti an Al bäigefüügt fir Nidderschlag ze bilden, doduerch Nidderschlagverstäerkung ze bilden, seng Ausbezuelkraaft op 645 MPa an d'Verlängerung op 39% 51 erhéijen. Den TRIP-Mechanismus (Gesiicht-zentréiert kubesch → hexahedral martensitesch Transformatioun) an d'Zwillinge erhéicht d'Spannkraaft vu CoCrFeNi HEA op 841 MPa an d'Verlängerung bei der Paus op 76% 53.
Versuche goufen och gemaach fir Keramik Verstäerkung un der HEA Gesiicht zentréiert kubesch Matrix ze addéieren fir héich Entropie Kompositen z'entwéckelen déi eng besser Kombinatioun vu Kraaft a Duktilitéit weisen kënnen. Komposite mat héijer Entropie goufen duerch Vakuumbogenschmelting44, mechanesch Legierung45,46,47,48,52,53, Spark Plasma Sintering46,51,52, Vakuum Hot Pressing45, waarm isostatesch Press47,48 an der Entwécklung vun additive Fabrikatiounsprozesser veraarbecht43, 50. Carbides, Oxiden an Nitriden wéi WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 an Y2O351 goufen als Keramik Verstäerkung an der Entwécklung vun HEA Composite benotzt. Déi richteg HEA Matrix a Keramik auswielen ass besonnesch wichteg wann Dir e staarken an haltbaren HEA Komposit designt an entwéckelt. An dëser Aarbecht gouf CoCrFeNi als Matrixmaterial gewielt. Verschidde Quantitéite vu SiC goufen an d'CoCrFeNi HEA bäigefüügt an hiren Effekt op d'Mikrostruktur, d'Phasekompositioun a mechanesch Eegeschafte gouf studéiert.
Héichreng Metaller Co, Cr, Fe, an Ni (99,95 wt%) a SiC-Pulver (Rengheet 99%, Gréisst -400 Mesh) a Form vun Elementarpartikelen goufen als Rohmaterial fir d'Schafung vun HEA-Kompositen benotzt. D'isoatomesch Zesummesetzung vum CoCrFeNi HEA gouf fir d'éischt an enger hemisphäresch Waassergekillte Kupferform plazéiert, an duerno gouf d'Kammer op 3 · 10-5 mbar evakuéiert. Héich Puritéit Argongas gëtt agefouert fir de Vakuum z'erreechen, dee fir de Bogenschmelz néideg ass mat net verbrauchtbare Wolframelektroden. Déi entstinn Ingots ginn ëmgedréint a fënnef Mol ëmgemolt fir eng gutt Homogenitéit ze garantéieren. Héichentropie Komposite vu verschiddene Kompositioune goufen virbereet andeems e gewësse Betrag vu SiC op déi resultéierend equiatomesch CoCrFeNi Knäpper bäigefüügt ginn, déi duerch fënneffach Inversioun a Remelting an all Fall nei homogeniséiert goufen. De geformte Knäppchen aus dem resultéierende Komposit gouf mat EDM geschnidden fir weider Testen a Charakteriséierung. Echantillon fir mikrostrukturell Studien goufen no Standard metallographic Methoden virbereet. Als éischt goufen d'Proben mat engem Liichtmikroskop (Leica Microscope DM6M) mat der Software Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) fir quantitativ Phaseanalyse iwwerpréift. Dräi Biller, déi a verschiddene Beräicher mat enger Gesamtfläch vu ronn 27.000 µm2 gemaach goufen, goufen fir Phasanalyse ausgewielt. Weider detailléiert mikrostrukturell Studien, dorënner chemesch Zesummesetzung Analyse an Element Verdeelung Analyse, goufen op engem Scannen Elektronen Mikroskop (JEOL JSM-6490LA) ausgestatt mat engem Energie dispersive Spektroskopie (EDS) Analyse System duerchgefouert. D'Charakteriséierung vun der Kristallstruktur vum HEA Composite gouf mat engem Röntgendiffraktiounssystem (Bruker D2 Phase Shifter) mat enger CuKα Quell mat enger Schrëttgréisst vun 0,04 ° gemaach. Den Effet vu mikrostrukturellen Verännerungen op d'mechanesch Eegeschafte vun HEA-Kompositen gouf mat Vickers Mikrohardness-Tester a Kompressiounstester studéiert. Fir den Hardness Test gëtt eng Belaaschtung vu 500 N fir 15 s applizéiert mat op d'mannst 10 Indentatiounen pro Exemplar. Kompressiounstester vun HEA-Komposite bei Raumtemperatur goufen op rechteckeg Exemplare (7 mm × 3 mm × 3 mm) op enger Shimadzu 50KN Universaltestmaschinn (UTM) mat enger initialer Belaaschtungsrate vun 0.001 / s duerchgefouert.
Héich Entropie Kompositen, heino als Proben S-1 bis S-6 bezeechent, goufen virbereet andeems 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, a 17% SiC (all duerch Gewiicht%) zu enger CoCrFeNi Matrix bäigefüügt ginn. . respektiv. D'Referenzprobe, op déi kee SiC bäigefüügt gouf, gëtt heino als Probe S-0 bezeechent. Optesch Mikrographe vun den entwéckelte HEA-Komposite ginn an de Fig. 1, wou, duerch d'Zousätzlech vu verschiddenen Zousatzstoffer, d'eenfaseg Mikrostruktur vun der CoCrFeNi HEA an eng Mikrostruktur ëmgewandelt gouf, déi aus ville Phasen mat verschiddene Morphologie, Gréissten a Verdeelung besteet. D'Quantitéit vu SiC an der Zesummesetzung. De Betrag vun all Phase gouf aus Bildanalyse mat LAS Phase Expert Software bestëmmt. Den Inset zu Figur 1 (uewen riets) weist e Beispillgebitt fir dës Analyse, souwéi d'Gebittfraktioun fir all Phasekomponent.
Optesch Mikrographe vun den entwéckelten Héichentropie Kompositen: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 an (f) C- 6. Den Inset weist e Beispill vu Kontrastbaséierte Bildphaseanalyseresultater mat der LAS Phase Expert Software.
Wéi an der Fig. 1a, eng eutektesch Mikrostruktur geformt tëscht de Matrixvolumen vum C-1 Komposit, wou de Betrag vun der Matrix an der eutektescher Phasen als 87,9 ± 0,47% an 12,1% ± 0,51% respektiv geschat gëtt. Am Komposit (C-2) an der Fig. D'Mikrostruktur vum C-2 Komposit ass relativ fein a besteet aus dënnen Placken (Karbiden) gläichméisseg verdeelt an der Matrixphase (fcc). D'Volumenfraktioune vun der Matrix a Karbid ginn op 72 ± 1,69% an 28 ± 1,69% respektiv geschat. Nieft der Matrix a Karbid gouf eng nei Phase (Silizid) am C-3 Komposit fonnt, wéi an der Fig. 0,41%, 25,9 ± 0,53 respektiv 47,6 ± 0,34. Eng aner nei Phase (Graphit) gouf och an der Mikrostruktur vum C-4 Komposit observéiert; insgesamt véier Phasen goufen identifizéiert. D'Graphitphase huet eng markant Kugelform mat donkelen Kontrast an opteschen Biller an ass nëmme a klenge Quantitéiten präsent (geschätzte Volumenfraktioun ass nëmmen ongeféier 0,6 ± 0,30%). An de Kompositen C-5 an C-6 goufen nëmmen dräi Phasen identifizéiert, an déi donkel contrastéierend Graphitphase an dëse Kompositen erschéngt a Form vu Flakelen. Am Verglach mat de Graphitflakken am Composite S-5 sinn d'Graphitflakken am Composite S-6 méi breed, méi kuerz a méi reegelméisseg. Eng entspriechend Erhéijung vum Graphitgehalt gouf och vun 14,9 ± 0,85% am C-5 Komposit bis ongeféier 17,4 ± 0,55% am C-6 Komposit observéiert.
Fir déi detailléiert Mikrostruktur a chemesch Zesummesetzung vun all Phase am HEA Composite weider z'ënnersichen, goufen Proben mat SEM iwwerpréift, an EMF Punktanalyse a chemesch Kartéierung goufen och gemaach. D'Resultater fir Komposit C-1 ginn an der Fig. 2, wou d'Präsenz vun eutektesche Mëschungen déi d'Regiounen vun der Haaptmatrixphase trennen kloer gesi ginn. Déi chemesch Kaart vum Composite C-1 gëtt an der Figur 2c gewisen, wou et ka gesi ginn datt Co, Fe, Ni a Si uniform an der Matrixphase verdeelt sinn. Wéi och ëmmer, eng kleng Quantitéit Cr gouf an der Matrixphase am Verglach mat aneren Elementer vun der Basis HEA fonnt, wat suggeréiert datt Cr aus der Matrix diffuséiert ass. D'Zesummesetzung vun der wäisser eutektescher Phase am SEM Bild ass räich u Chrom a Kuelestoff, wat beweist datt et Chromkarbid ass. D'Feele vu diskrete SiC Partikelen an der Mikrostruktur, kombinéiert mat dem observéierten nidderegen Chromgehalt an der Matrix an der Präsenz vun eutektesche Mëschunge mat chromräiche Phasen, weist op déi komplett Zersetzung vu SiC wärend der Schmelz. Als Resultat vun der Zersetzung vu SiC, léist Silizium an der Matrixphase op, a fräie Kuelestoff interagéiert mat Chrom fir Chromkarbiden ze bilden. Wéi gesi ka ginn, gouf nëmme Kuelestoff qualitativ duerch d'EMF-Methode bestëmmt, an d'Phasebildung gouf duerch d'Identifikatioun vu charakteristesche Karbidspitzen an den Röntgen-Diffraktiounsmuster bestätegt.
(a) SEM Bild vun Prouf S-1, (b) vergréissert Bild, (c) Element Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
D'Analyse vum Komposit C-2 gëtt an der Fig. 3. Ähnlech wéi d'Erscheinung an der optescher Mikroskopie huet d'SEM-Untersuchung eng fein Struktur, déi aus nëmmen zwou Phasen besteet, mat der Präsenz vun enger dënnter lamellarer Phase gleichméisseg iwwer d'Struktur verdeelt. Matrixphase, an et gëtt keng eutektesch Phase. D'Elementverdeelung an d'EMF Punktanalyse vun der lamellarer Phase hunn e relativ héijen Inhalt vu Cr (giel) a C (gréng) an dëser Phase opgedeckt, wat erëm d'Zersetzung vu SiC während der Schmelz an d'Interaktioun vum fräigeloossene Kuelestoff mat dem Chromeffekt weist. . D'VEA Matrix bildt eng lamellar Karbidphase. D'Verdeelung vun den Elementer an d'Punktanalyse vun der Matrixphase huet gewisen, datt de gréissten Deel vum Kobalt, Eisen, Néckel a Silizium an der Matrixphase präsent sinn.
(a) SEM Bild vun Prouf S-2, (b) vergréissert Bild, (c) Element Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
SEM Studien vu C-3 Kompositen hunn d'Präsenz vun neie Phasen zousätzlech zu de Karbid- a Matrixphasen opgedeckt. Déi elementar Kaart (Fig. 4c) an EMF Punktanalyse (Fig. 4d) weisen datt déi nei Phase reich an Néckel, Kobalt a Silizium ass.
(a) SEM Bild vun Prouf S-3, (b) vergréissert Bild, (c) Element Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
D'Resultater vun der SEM an der EMF Analyse vum C-4 Composite ginn an der Fig. 5. Zousätzlech zu den dräi Phasen, déi am Composite C-3 beobachtet goufen, gouf och d'Präsenz vu Graphitknollen fonnt. D'Volumenfraktioun vun der Siliziumräicher Phase ass och méi héich wéi dee vum C-3 Komposit.
(a) SEM Bild vun Prouf S-4, (b) vergréissert Bild, (c) Element Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
D'Resultater vun der SEM an EMF Spektrum vun composites S-5 an S-6 sinn an Figuren 1 an 2. 6 an 7 gewisen, respektiv. Zousätzlech zu enger klenger Zuel vu Kugelen gouf och d'Präsenz vu Graphitflakken beobachtet. Souwuel d'Zuel vu Graphitflakken wéi och d'Volumenfraktioun vun der Siliziumhalter Phase am C-6 Composite si méi grouss wéi am C-5 Composite.
(eng) SEM Bild vun Prouf C-5, (b) vergréissert Vue, (c) elementar Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
(a) SEM Bild vun Prouf S-6, (b) vergréissert Bild, (c) Element Kaart, (d) EMF Resultater op uginn Plazen.
Kristallstruktur Charakteriséierung vun HEA Composites gouf och mat XRD Miessunge gemaach. D'Resultat ass an der Figur 8. Am Diffraktiounsmuster vun der Basis WEA (S-0) sinn nëmmen d'Peaks, déi der fcc Phase entspriechen, ze gesinn. Röntgendiffraktiounsmuster vu Kompositen C-1, C-2 a C-3 hunn d'Präsenz vun zousätzleche Peaks entspriechend Chromkarbid (Cr7C3) opgedeckt, an hir Intensitéit war méi niddereg fir Proben C-3 a C-4, wat uginn. dat och mat den Donnéeën EMF fir dës Echantillon. Peaks entspriechend Co / Ni silicides sech fir Echantillon S-3 an S-4 observéiert, erëm konsequent mat der EDS Mapping Resultater an der Figuren 2 an 3. Wéi an der Figur 3 an Figur 4. 5 an S-6 Biergspëtzten observéiert goufen. entspriechend Grafit.
Béid mikrostrukturell a kristallographesch Charakteristike vun den entwéckelte Kompositen hunn d'Zersetzung vun der dobäi SiC uginn. Dëst ass wéinst der Präsenz vu Chrom an der VEA Matrix. Chrom huet eng ganz staark Affinitéit fir Kuelestoff 54,55 a reagéiert mat fräiem Kuelestoff fir Karbiden ze bilden, wéi et vun der observéierter Ofsenkung vum Chromgehalt vun der Matrix uginn. Si passéiert an d'fcc Phase wéinst der Dissoziatioun vu SiC56. Also huet eng Erhéijung vun der Zousatz vu SiC op d'Basis HEA zu enger Erhéijung vun der Quantitéit vun der Karbidphase an der Quantitéit vu fräiem Si an der Mikrostruktur gefouert. Et gouf fonnt datt dëst zousätzlech Si an der Matrix bei niddrege Konzentratioune deposéiert gëtt (a Kompositen S-1 a S-2), wärend bei méi héije Konzentratioune (Komposite S-3 bis S-6) et zu zousätzlech Kobaltdepositioun / resultéiert. Néckel Silizid. D'Standard Enthalpie vun der Bildung vu Co- an Ni-Siliziden, kritt duerch direkter Synthese Héichtemperaturkalorimetrie, ass -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 fir Co2Si, CoSi a CoSi2, respektiv, wärend dës Wäerter sinn -50,6 ± 1,7 an -45,1 ± 1,4 kJ mol-157 fir Ni2Si an Ni5Si2, respektiv. Dës Wäerter si méi niddereg wéi d'Hëtzt vun der Bildung vu SiC, wat beweist datt d'Dissoziatioun vu SiC, déi zu der Bildung vu Co / Ni Siliziden féiert, energesch favorabel ass. A béide S-5 a S-6 Kompositen war zousätzlech fräi Silizium präsent, wat iwwer d'Bildung vu Silizid absorbéiert gouf. Dëse fräie Silizium gouf fonnt fir zu der Grafitiséierung bäizedroen, déi a konventionelle Stole observéiert gëtt58.
D'mechanesch Eegeschafte vun den entwéckelte Keramik-verstäerkten Kompositen baséiert op HEA ginn duerch Kompressiounstester an Härheetstester ënnersicht. D'Stress-Belaaschtungskurven vun den entwéckelte Komposite ginn a Fig. 9a, an an der Fig.. 9b weist e Scatterplot tëscht spezifeschen Ausbezuelungsstäerkt, Ausbezuelkraaft, Härtheet a Verlängerung vun den entwéckelte Kompositen.
(a) Kompressive Belaaschtungskurven an (b) Streuungsplots déi spezifesch Ausbezuelungsspannung, Ausbezuelkraaft, Härtheet a Verlängerung weisen. Bedenkt datt nëmmen Exemplare S-0 bis S-4 gewise ginn, well Exemplare S-5 an S-6 bedeitend Gossdefekter enthalen.
Wéi an der Fig. 9, ass d'Ausbezuelungsstäerkt vun 136 MPa fir d'Basis VES (C-0) op 2522 MPa fir de C-4 Composite eropgaang. Am Verglach zum Basis-WPP huet de S-2-Komposit eng ganz gutt Verlängerung zum Echec vu ronn 37% gewisen, an och wesentlech méi héich Ausbezuelungswäerter (1200 MPa). Déi exzellent Kombinatioun vu Kraaft an Duktilitéit vun dësem Komposit ass wéinst der Verbesserung vun der Gesamtmikrostruktur, dorënner d'uniform Verdeelung vu feine Karbidlamellen uechter d'Mikrostruktur, déi erwaart gëtt d'Dislokatiounsbewegung ze hemmen. D'Ausbezuelungsstäerkten vu C-3 a C-4 Kompositen sinn 1925 MPa respektiv 2522 MPa. Dës héich Ausbezuelungsstäerkten kënnen duerch den héije Volumenfraktioun vun Zementkarbid- a Silizidphasen erkläert ginn. D'Präsenz vun dëse Phasen huet awer och zu enger Pausverlängerung vu nëmme 7% gefouert. D'Stress-Belaaschtungskurven vun de Basiskompositen CoCrFeNi HEA (S-0) a S-1 sinn konvex, wat d'Aktivatioun vum Zwillingseffekt oder TRIP59,60 bezeechent. Am Verglach mat der Probe S-1 huet d'Stress-Belaaschtungskurve vun der Probe S-2 eng konkave Form bei enger Belaaschtung vu ronn 10,20%, dat heescht datt den normale Dislokatiounsrutsch den Haaptdeformatiounsmodus vun der Probe an dësem deforméierten Zoustand ass60,61 . Wéi och ëmmer, d'Häertungsquote an dësem Exemplar bleift héich iwwer e grousst Belaaschtungsberäich, a bei méi héije Spannungen ass och en Iwwergang op d'Konvexitéit ze gesinn (obwuel et net ausgeschloss ka ginn datt dëst wéinst dem Ausfall vu geschmierte Kompressivlasten ass). ). Composites C-3 an C-4 hunn nëmme limitéiert Plastizitéit wéinst der Präsenz vu méi héije Volumenfraktioune vu Karbiden a Siliziden an der Mikrostruktur. Compression Tester vun Echantillon vun Composites C-5 an C-6 sech net wéinst bedeitendst Goss Mängel op dëse Echantillon vun Composites duerchgefouert (kuckt Fig. 10).
Stereomikrographe vu Gossdefekte (gezeechent vu roude Pfeile) a Proben vu Composite C-5 a C-6.
D'Resultater vun der Messung vun der Härtheet vu VEA-Komposite ginn an der Fig. 9b vun. D'Basis WEA huet eng Härte vun 130±5 HV, a Proben S-1, S-2, S-3 an S-4 hunn Härtewäerter vun 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV an 755±20 HV. D'Erhéijung vun der Hardness war am gudden Accord mat der Ännerung vun der Ausbezuelkraaft, déi aus Kompressiounstester kritt gouf a war mat enger Erhéijung vun der Quantitéit vu Feststoffer am Komposit assoziéiert. Déi berechent spezifesch Ausbezuelkraaft baséiert op der Zilkompositioun vun all Probe gëtt och an der Fig. 9b vun. Am Allgemengen, ass déi bescht Kombinatioun vun Ausbezuelen Kraaft (1200 MPa), hardness (275 ± 10 HV), a relativ elongation zu Echec (~ 37%) fir Composite C-2 observéiert.
Verglach vun der Ausbezuelekraaft an der relativer Verlängerung vum entwéckelte Komposit mat Materialien vu verschiddene Klassen gëtt an der Figur 11a gewisen. Composites baséiert op CoCrFeNi an dëser Etude hunn héich Verlängerung bei all bestëmmte Stress Level62 gewisen. Et kann och gesi ginn datt d'Eegeschafte vun den HEA-Kompositen, déi an dëser Studie entwéckelt goufen, an der virdru onbesat Regioun vum Komplott vun der Ausbezuelungsstäerkt versus Verlängerung leien. Zousätzlech, hunn d'entwéckelt composites eng breet Palette vun Kombinatioune vu Kraaft (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa an 2522 MPa) an elongation (> 60%, 37%, 7,3% an 6,19%). Yield Stäerkt ass och e wichtege Faktor bei der Auswiel vu Materialien fir fortgeschratt Ingenieursapplikatiounen63,64. An dëser Hisiicht weisen d'HEA-Komposite vun der heiteger Erfindung eng exzellent Kombinatioun vun der Ausbezuelkraaft an der Verlängerung. Dëst ass well d'Zousatz vu SiC mat niddereger Dicht zu Komposite mat héijer spezifescher Ausbezuelungsstäerkt resultéiert. Déi spezifesch Ausbezuelekraaft an d'Verlängerung vun HEA-Kompositen sinn am selwechte Beräich wéi HEA FCC a refractaire HEA, wéi an der Figur 11b. D'Härheet an d'Ausbezuelkraaft vun den entwéckelte Kompositen sinn am selwechte Beräich wéi fir massiv metallesch Glass65 (Fig. 11c). Massive metallesche Brëller (BMS) si charakteriséiert duerch héich Härtheet an Ausbezuelkraaft, awer hir Verlängerung ass limitéiert66,67. Wéi och ëmmer, d'Härheet an d'Ausbezuelkraaft vun e puer vun den HEA-Kompositen, déi an dëser Studie entwéckelt goufen, hunn och eng bedeitend Verlängerung gewisen. Also gouf ofgeschloss datt d'Komposite entwéckelt vu VEA eng eenzegaarteg a gesichte Kombinatioun vu mechanesche Properties fir verschidde strukturell Uwendungen hunn. Dës eenzegaarteg Kombinatioun vu mechanesche Properties kann duerch d'uniform Dispersioun vun haarde Karbiden erkläert ginn, déi in situ an der FCC HEA Matrix geformt ginn. Wéi och ëmmer, als Deel vum Zil fir eng besser Kombinatioun vu Kraaft z'erreechen, musse mikrostrukturell Verännerungen, déi aus der Zousatz vu Keramikphasen entstinn, suergfälteg studéiert a kontrolléiert ginn fir Gossdefekter ze vermeiden, sou wéi déi an S-5 a S-6 Kompositen, an duktilitéit. Geschlecht.
D'Resultater vun dëser Etude goufen mat verschiddene strukturelle Materialien an HEAs verglach: (a) Verlängerung versus Ausbezuelungsstäerkt62, (b) spezifesch Ausbezuelungsstress versus Duktilitéit63 an (c) Ausbezuelkraaft versus Hardness65.
D'Mikrostruktur an d'mechanesch Eegeschafte vun enger Serie vun HEA-Keramikkomposite baséiert op dem HEA CoCrFeNi System mat der Zousatz vu SiC goufen studéiert an déi folgend Conclusiounen gezunn:
Héich Entropie Legierungskomposite kënnen erfollegräich entwéckelt ginn andeems SiC zu CoCrFeNi HEA derbäigesat gëtt mat der Bouschmelzmethod.
SiC zerstéiert wärend dem Bogenschmelz, wat zu der Bildung in situ vu Karbid-, Silizid- a Grafitphasen féiert, d'Präsenz an d'Volumenfraktioun vun deenen hänkt vun der Quantitéit vu SiC of, déi der Basis HEA bäigefüügt gëtt.
HEA Composites weisen vill exzellent mechanesch Eegeschaften, mat Eegeschaften déi an virdrun onbesat Gebidder op der Ausbezuelungsstäerkt versus Verlängerungsplot falen. D'Ausbezuelkraaft vum HEA Komposit gemaach mat 6 wt% SiC war méi wéi aacht Mol déi vun der Basis HEA wärend 37% Duktilitéit behalen.
D'Härheet an d'Ausbezuelkraaft vun HEA Composites sinn an der Gamme vu bulk metallesche Brëller (BMG).
D'Resultater suggeréieren datt High-Entropie Legierungskomposite eng verspriechend Approche representéieren fir eng exzellent Kombinatioun vu metall-mechanesch Eegeschafte fir fortgeschratt strukturell Uwendungen z'erreechen.
Post Zäit: Jul-12-2023