സെറാമിക്-റൈൻഫോഴ്സ്ഡ് എച്ച്ഇഎ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സംയുക്തങ്ങൾ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനം കാണിക്കുന്നു.

CoCrFeNi, മികച്ച ഡക്‌റ്റിലിറ്റിയും എന്നാൽ പരിമിതമായ ശക്തിയും ഉള്ള, നന്നായി പഠിച്ച മുഖം-കേന്ദ്രീകൃത ക്യൂബിക് (fcc) ഹൈ-എൻട്രോപ്പി അലോയ് (HEA) ആണ്. ആർക്ക് മെൽറ്റിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് വ്യത്യസ്ത അളവിലുള്ള SiC ചേർത്തുകൊണ്ട് അത്തരം HEA-കളുടെ ശക്തിയുടെയും ഡക്റ്റിലിറ്റിയുടെയും ബാലൻസ് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലാണ് ഈ പഠനത്തിൻ്റെ ശ്രദ്ധ. അടിസ്ഥാന എച്ച്ഇഎയിലെ ക്രോമിയത്തിൻ്റെ സാന്നിധ്യം ഉരുകുമ്പോൾ SiC യുടെ വിഘടനത്തിന് കാരണമാകുമെന്ന് സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. അങ്ങനെ, ക്രോമിയവുമായുള്ള സ്വതന്ത്ര കാർബണിൻ്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം ക്രോമിയം കാർബൈഡുകളുടെ സിറ്റു രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, അതേസമയം ഫ്രീ സിലിക്കൺ ബേസ് എച്ച്ഇഎയിലെ ലായനിയിൽ നിലനിൽക്കുകയും കൂടാതെ/അല്ലെങ്കിൽ അടിസ്ഥാന എച്ച്ഇഎ ഉണ്ടാക്കുന്ന മൂലകങ്ങളുമായി സംവദിക്കുകയും സിലിസൈഡുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. SiC ഉള്ളടക്കം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ ഘട്ടം ഇനിപ്പറയുന്ന ശ്രേണിയിൽ മാറുന്നു: fcc → fcc + eutectic → fcc + ക്രോമിയം കാർബൈഡ് അടരുകൾ → fcc + ക്രോമിയം കാർബൈഡ് അടരുകൾ + സിലിസൈഡ് → fcc + ക്രോമിയം കാർബൈഡ് അടരുകൾ + ഗ്രാഫൈറ്റ് ബാൽസൈഡ് തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സംയുക്തങ്ങൾ പരമ്പരാഗത അലോയ്കളേയും ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി അലോയ്കളേയും അപേക്ഷിച്ച് വളരെ വിപുലമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ (വിളവ് ശക്തി 277 MPa മുതൽ 60% നീളത്തിൽ 2522 MPa വരെ 6% നീളത്തിൽ) പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ചില ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി കോമ്പോസിറ്റുകൾ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനം കാണിക്കുന്നു (വിളവ് ശക്തി 1200 MPa, നീളം 37%) കൂടാതെ വിളവ് സമ്മർദ്ദം-നീളൽ രേഖാചിത്രത്തിൽ മുമ്പ് നേടാനാകാത്ത പ്രദേശങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ശ്രദ്ധേയമായ നീട്ടലിനു പുറമേ, HEA സംയുക്തങ്ങളുടെ കാഠിന്യവും വിളവ് ശക്തിയും ബൾക്ക് മെറ്റാലിക് ഗ്ലാസുകളുടെ അതേ ശ്രേണിയിലാണ്. അതിനാൽ, ഹൈ-എൻട്രോപ്പി സംയുക്തങ്ങളുടെ വികസനം വിപുലമായ ഘടനാപരമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനം നേടാൻ സഹായിക്കുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.
ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി അലോയ്കളുടെ വികസനം ലോഹശാസ്ത്രത്തിലെ ഒരു പുതിയ ആശയമാണ്. ഉയർന്ന താപ സ്ഥിരത 3,4 സൂപ്പർപ്ലാസ്റ്റിക് നീളം 5,6 ക്ഷീണ പ്രതിരോധം7,8 നാശന പ്രതിരോധം9,10,11, മികച്ച വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം 12,13,14 എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഭൗതികവും യാന്ത്രികവുമായ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനമാണ് ഹൈ എൻട്രോപ്പി അലോയ്‌കൾ (HEA) പല സന്ദർഭങ്ങളിലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്. ,15, ട്രൈബോളജിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ15 ,16,17 ഉയർന്നതിലും താപനില 18,19,20,21,22, കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ 23,24,25. എച്ച്ഇഎയിലെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനം സാധാരണയായി നാല് പ്രധാന ഇഫക്റ്റുകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, അതായത് ഉയർന്ന കോൺഫിഗറേഷൻ എൻട്രോപ്പി26, ശക്തമായ ലാറ്റിസ് ഡിസ്റ്റോർഷൻ27, സ്ലോ ഡിഫ്യൂഷൻ28, കോക്ടെയ്ൽ ഇഫക്റ്റ്29. എച്ച്ഇഎകളെ സാധാരണയായി എഫ്സിസി, ബിസിസി, എച്ച്സിപി എന്നിങ്ങനെ തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. FCC HEA യിൽ സാധാരണയായി Co, Cr, Fe, Ni, Mn തുടങ്ങിയ സംക്രമണ ഘടകങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു കൂടാതെ മികച്ച ഡക്റ്റിലിറ്റി (കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പോലും25) എന്നാൽ കുറഞ്ഞ ശക്തി പ്രകടമാക്കുന്നു. BCC HEA സാധാരണയായി ഉയർന്ന സാന്ദ്രത മൂലകങ്ങളായ W, Mo, Nb, Ta, Ti, V എന്നിവ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, കൂടാതെ വളരെ ഉയർന്ന ശക്തിയും കുറഞ്ഞ ഡക്റ്റിലിറ്റിയും കുറഞ്ഞ നിർദ്ദിഷ്ട ശക്തിയും ഉണ്ട്30.
മെഷീനിംഗ്, തെർമോമെക്കാനിക്കൽ പ്രോസസ്സിംഗ്, മൂലകങ്ങളുടെ കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ എന്നിവയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള HEA-യുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ പരിഷ്‌ക്കരണം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ ഏറ്റവും മികച്ച സംയോജനം നേടുന്നതിന് അന്വേഷിച്ചു. CoCrFeMnNi FCC HEA, ഉയർന്ന മർദ്ദം ടോർഷൻ വഴി ഗുരുതരമായ പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം വരുത്തുന്നു, ഇത് കാഠിന്യത്തിലും (520 HV) ശക്തിയിലും (1950 MPa) ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു, എന്നാൽ ഒരു നാനോക്രിസ്റ്റലിൻ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിൻ്റെ (~50 nm) വികസനം അലോയ് പൊട്ടുന്നു31. . Twinning ductility (TWIP), ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് പ്ലാസ്റ്റിറ്റി (TRIP) എന്നിവ CoCrFeMnNi HEA-കളിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കുന്നത് നല്ല വർക്ക് ഹാർഡനബിളിറ്റി നൽകുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന ടെൻസൈൽ ഡക്റ്റിലിറ്റിക്ക് കാരണമാകുന്നു, എന്നിരുന്നാലും യഥാർത്ഥ ടെൻസൈൽ ശക്തി മൂല്യങ്ങളുടെ ചെലവിൽ. താഴെ (1124 MPa) 32. ഷോട്ട് പീനിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് CoCrFeMnNi HEA-യിൽ ഒരു ലേയേർഡ് മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ (നേർത്ത രൂപഭേദം വരുത്തിയ പാളിയും രൂപഭേദം വരുത്താത്ത കാമ്പും അടങ്ങുന്ന) രൂപീകരണം ശക്തിയിൽ വർദ്ധനവിന് കാരണമായി, എന്നാൽ ഈ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ ഏകദേശം 700 MPa33 ആയി പരിമിതപ്പെടുത്തി. മികച്ച ശക്തിയും ഡക്‌ടിലിറ്റിയും ഉള്ള മെറ്റീരിയലുകൾക്കായി, ഐസോടോമിക് ഇതര മൂലകങ്ങളുടെ കൂട്ടിച്ചേർക്കലുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മൾട്ടിഫേസ് എച്ച്ഇഎകളുടെയും യൂടെക്റ്റിക് എച്ച്ഇഎകളുടെയും വികസനവും 34,35,36,37,38,39,40,41 എന്നിവ പരിശോധിച്ചു. തീർച്ചയായും, യൂടെക്‌റ്റിക് ഹൈ-എൻട്രോപ്പി അലോയ്‌കളിലെ കഠിനവും മൃദുവായതുമായ ഘട്ടങ്ങളുടെ മികച്ച വിതരണം ശക്തിയുടെയും ഡക്‌റ്റിലിറ്റിയുടെയും താരതമ്യേന മികച്ച സംയോജനത്തിലേക്ക് നയിക്കുമെന്ന് കണ്ടെത്തി.
CoCrFeNi സിസ്റ്റം വ്യാപകമായി പഠിക്കപ്പെട്ട സിംഗിൾ-ഫേസ് FCC ഹൈ-എൻട്രോപ്പി അലോയ് ആണ്. ഈ സംവിധാനം കുറഞ്ഞതും ഉയർന്നതുമായ ഊഷ്മാവിൽ വേഗത്തിലുള്ള വർക്ക് ഹാർഡനിംഗ് പ്രോപ്പർട്ടികൾ44, മികച്ച ഡക്റ്റിലിറ്റി45,46 എന്നിവ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ശക്തി (~ 300 MPa) 47,48 മെച്ചപ്പെടുത്താൻ വിവിധ ശ്രമങ്ങൾ നടത്തിയിട്ടുണ്ട്, അതിൽ ധാന്യ ശുദ്ധീകരണം, വൈവിധ്യമാർന്ന മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ49, മഴ 50,51,52, ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് പ്ലാസ്റ്റിറ്റി (TRIP) 53 എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. കാസ്റ്റ് ഫെയ്സ്-സെൻ്റർഡ് ക്യുബിക് HEA CoCrFeNi, കഠിനമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ കോൾഡ് ഡ്രോയിംഗ് വഴി, 300 MPa47.48 ൽ നിന്ന് 1.2 GPa25 വരെ ശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഡക്റ്റിലിറ്റി നഷ്ടം 60% ൽ നിന്ന് 12.6% ആയി കുറയ്ക്കുന്നു. CoCrFeNi യുടെ HEA-യിൽ Al ചേർക്കുന്നത് ഒരു വൈവിധ്യമാർന്ന മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിൻ്റെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമായി, ഇത് അതിൻ്റെ വിളവ് ശക്തി 786 MPa ആയും അതിൻ്റെ ആപേക്ഷിക നീളം ഏകദേശം 22% 49 ആയും വർദ്ധിപ്പിച്ചു. CoCrFeNi HEA, Ti, Al എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം അവശിഷ്ടങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്തുകയും അതുവഴി മഴ ശക്തിപ്പെടുകയും അതിൻ്റെ വിളവ് ശക്തി 645 MPa ആയും നീളം 39% 51 ആയും വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു. TRIP മെക്കാനിസവും (മുഖം കേന്ദ്രീകൃതമായ ക്യൂബിക് → ഹെക്‌സാഹെഡ്രൽ മാർട്ടൻസിറ്റിക് ട്രാൻസ്‌ഫോർമേഷൻ) ഇരട്ടകൾ CoCrFeNi HEA യുടെ ടെൻസൈൽ ശക്തി 841 MPa ആയും ബ്രേക്ക് സമയത്ത് നീളം 76%53 ആയും വർദ്ധിപ്പിച്ചു.
ശക്തിയുടെയും ഡക്‌റ്റിലിറ്റിയുടെയും മികച്ച സംയോജനം പ്രകടമാക്കാൻ കഴിയുന്ന ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി കോമ്പോസിറ്റുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് HEA ഫേസ് സെൻ്റർഡ് ക്യൂബിക് മാട്രിക്‌സിൽ സെറാമിക് റൈൻഫോഴ്‌സ്‌മെൻ്റ് ചേർക്കാനുള്ള ശ്രമങ്ങളും ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി ഉള്ള സംയുക്തങ്ങൾ വാക്വം ആർക്ക് മെൽറ്റിംഗ് 44, മെക്കാനിക്കൽ അലോയിംഗ്45,46,47,48,52,53, സ്പാർക്ക് പ്ലാസ്മ സിൻ്ററിംഗ്46,51,52, വാക്വം ഹോട്ട് പ്രെസിംഗ്45, ഹോട്ട് ഐസോസ്റ്റാറ്റിക് പ്രസ്സിംഗ് 47,48 എന്നിവയും 47,48 3 അഡിറ്റീവിംഗ് പ്രോസസുകളുടെ വികസനവും വഴി പ്രോസസ്സ് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. 50. WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50, Y2O351 തുടങ്ങിയ കാർബൈഡുകൾ, ഓക്‌സൈഡുകൾ, നൈട്രൈഡുകൾ എന്നിവ എച്ച്ഇഎ കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ വികസനത്തിൽ സെറാമിക് റൈൻഫോഴ്‌സ്‌മെൻ്റായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്. ശക്തവും മോടിയുള്ളതുമായ എച്ച്ഇഎ സംയുക്തം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുകയും വികസിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ശരിയായ എച്ച്ഇഎ മാട്രിക്സും സെറാമിക്സും തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് വളരെ പ്രധാനമാണ്. ഈ സൃഷ്ടിയിൽ, CoCrFeNi മാട്രിക്സ് മെറ്റീരിയലായി തിരഞ്ഞെടുത്തു. CoCrFeNi HEA-യിൽ SiC യുടെ വിവിധ അളവുകൾ ചേർക്കുകയും സൂക്ഷ്മഘടന, ഘട്ട ഘടന, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ അവയുടെ സ്വാധീനം പഠിക്കുകയും ചെയ്തു.
ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള ലോഹങ്ങളായ Co, Cr, Fe, Ni (99.95 wt %), SiC പൊടി (ശുദ്ധി 99%, വലിപ്പം -400 മെഷ്) എന്നിവ പ്രാഥമിക കണങ്ങളുടെ രൂപത്തിൽ HEA സംയുക്തങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളായി ഉപയോഗിച്ചു. CoCrFeNi HEA യുടെ ഐസോടോമിക് കോമ്പോസിഷൻ ആദ്യം ഒരു അർദ്ധഗോളാകൃതിയിലുള്ള വെള്ളം-തണുത്ത ചെമ്പ് അച്ചിൽ സ്ഥാപിച്ചു, തുടർന്ന് ചേമ്പർ 3·10-5 mbar ലേക്ക് ഒഴിപ്പിച്ചു. നോൺ-ഉപഭോഗം ടങ്സ്റ്റൺ ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ആർക്ക് ഉരുകുന്നതിന് ആവശ്യമായ വാക്വം കൈവരിക്കാൻ ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള ആർഗോൺ വാതകം അവതരിപ്പിക്കുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഇൻഗോട്ടുകൾ നല്ല ഏകത ഉറപ്പാക്കാൻ അഞ്ച് തവണ വിപരീതമാക്കുകയും വീണ്ടും ഉരുകുകയും ചെയ്യുന്നു. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഇക്വിറ്റോമിക് CoCrFeNi ബട്ടണുകളിൽ ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ SiC ചേർത്തുകൊണ്ട് വിവിധ കോമ്പോസിഷനുകളുടെ ഹൈ-എൻട്രോപ്പി കോമ്പോസിറ്റുകൾ തയ്യാറാക്കി, അവ ഓരോ കേസിലും അഞ്ച് മടങ്ങ് വിപരീതവും വീണ്ടും ഉരുകലും വഴി വീണ്ടും ഏകീകരിക്കപ്പെട്ടു. കൂടുതൽ പരിശോധനയ്ക്കും സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിനുമായി EDM ഉപയോഗിച്ച് തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന കോമ്പോസിറ്റിൽ നിന്ന് മോൾഡ് ചെയ്ത ബട്ടൺ മുറിച്ചു. സ്റ്റാൻഡേർഡ് മെറ്റലോഗ്രാഫിക് രീതികൾ അനുസരിച്ച് മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ പഠനത്തിനുള്ള സാമ്പിളുകൾ തയ്യാറാക്കിയിട്ടുണ്ട്. ആദ്യം, ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് ഫേസ് വിശകലനത്തിനായി ലൈക്ക ഇമേജ് അനാലിസിസ് (LAS ഫേസ് എക്സ്പെർട്ട്) എന്ന സോഫ്റ്റ്വെയർ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ലൈറ്റ് മൈക്രോസ്കോപ്പ് (ലൈക മൈക്രോസ്കോപ്പ് DM6M) ഉപയോഗിച്ച് സാമ്പിളുകൾ പരിശോധിച്ചു. ഏകദേശം 27,000 µm2 വിസ്തീർണ്ണമുള്ള വിവിധ മേഖലകളിൽ എടുത്ത മൂന്ന് ചിത്രങ്ങൾ ഘട്ടം വിശകലനത്തിനായി തിരഞ്ഞെടുത്തു. കെമിക്കൽ കോമ്പോസിഷൻ അനാലിസിസ്, എലമെൻ്റ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ അനാലിസിസ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ കൂടുതൽ വിശദമായ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ പഠനങ്ങൾ, എനർജി ഡിസ്പേഴ്സീവ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി (ഇഡിഎസ്) വിശകലന സംവിധാനമുള്ള ഒരു സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിൽ (JEOL JSM-6490LA) നടത്തി. 0.04° സ്റ്റെപ്പ് വലുപ്പമുള്ള CuKα ഉറവിടം ഉപയോഗിച്ച് ഒരു എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ സിസ്റ്റം (ബ്രൂക്കർ D2 ഫേസ് ഷിഫ്റ്റർ) ഉപയോഗിച്ചാണ് HEA കോമ്പോസിറ്റിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുടെ സ്വഭാവരൂപീകരണം നടത്തിയത്. വിക്കേഴ്‌സ് മൈക്രോഹാർഡ്‌നെസ് ടെസ്റ്റുകളും കംപ്രഷൻ ടെസ്റ്റുകളും ഉപയോഗിച്ച് എച്ച്ഇഎ കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളിൽ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ മാറ്റങ്ങളുടെ സ്വാധീനം പഠിച്ചു. കാഠിന്യം പരിശോധനയ്ക്കായി, ഒരു മാതൃകയിൽ കുറഞ്ഞത് 10 ഇൻഡൻ്റേഷനുകളെങ്കിലും ഉപയോഗിച്ച് 15 സെക്കൻഡിന് 500 N ലോഡ് പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഷിമാഡ്‌സു 50KN യൂണിവേഴ്‌സൽ ടെസ്റ്റിംഗ് മെഷീനിൽ (UTM) ചതുരാകൃതിയിലുള്ള മാതൃകകളിൽ (7 mm × 3 mm × 3 mm) 0.001/s പ്രാരംഭ സ്‌ട്രെയിൻ നിരക്കിൽ മുറിയിലെ ഊഷ്മാവിൽ HEA കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ കംപ്രഷൻ ടെസ്റ്റുകൾ നടത്തി.
ഒരു CoCrFeNi മാട്രിക്സിലേക്ക് 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, 17% SiC (എല്ലാം ഭാരവും%) ചേർത്ത് S-1 മുതൽ S-6 വരെയുള്ള സാമ്പിളുകൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി കോമ്പോസിറ്റുകൾ തയ്യാറാക്കിയിട്ടുണ്ട്. . യഥാക്രമം. SiC ചേർക്കാത്ത റഫറൻസ് സാമ്പിളിനെ ഇനി മുതൽ സാമ്പിൾ S-0 എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച HEA സംയുക്തങ്ങളുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 1, അവിടെ, വിവിധ അഡിറ്റീവുകളുടെ കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ കാരണം, CoCrFeNi HEA യുടെ സിംഗിൾ-ഫേസ് മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ, വ്യത്യസ്ത രൂപഘടന, വലുപ്പങ്ങൾ, വിതരണം എന്നിവയുള്ള നിരവധി ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു മൈക്രോസ്ട്രക്ചറായി രൂപാന്തരപ്പെട്ടു. കോമ്പോസിഷനിലെ SiC യുടെ അളവ്. ലാസ് ഫേസ് എക്‌സ്‌പർട്ട് സോഫ്‌റ്റ്‌വെയർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഇമേജ് വിശകലനത്തിൽ നിന്നാണ് ഓരോ ഘട്ടത്തിൻ്റെയും അളവ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. ചിത്രം 1-ലേക്കുള്ള ഇൻസെറ്റ് (മുകളിൽ വലത്) ഈ വിശകലനത്തിനുള്ള ഒരു ഉദാഹരണ ഏരിയയും ഓരോ ഘട്ട ഘടകങ്ങളുടെയും ഏരിയ ഫ്രാക്ഷനും കാണിക്കുന്നു.
വികസിപ്പിച്ച ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി സംയുക്തങ്ങളുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ: (എ) സി-1, (ബി) സി-2, (സി) സി-3, (ഡി) സി-4, (ഇ) സി-5, (എഫ്) സി- 6. LAS ഫേസ് എക്‌സ്‌പെർട്ട് സോഫ്‌റ്റ്‌വെയർ ഉപയോഗിച്ച് കോൺട്രാസ്റ്റ് അധിഷ്‌ഠിത ഇമേജ് ഫേസ് വിശകലന ഫലങ്ങളുടെ ഒരു ഉദാഹരണം ഇൻസെറ്റ് കാണിക്കുന്നു.
അത്തിപ്പഴത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ. 1a, C-1 കമ്പോസിറ്റിൻ്റെ മാട്രിക്സ് വോള്യങ്ങൾക്കിടയിൽ രൂപപ്പെട്ട ഒരു യൂടെക്‌റ്റിക് മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ, ഇവിടെ മാട്രിക്‌സിൻ്റെയും യൂടെക്‌റ്റിക് ഘട്ടങ്ങളുടെയും അളവ് യഥാക്രമം 87.9 ± 0.47%, 12.1% ± 0.51% എന്നിങ്ങനെ കണക്കാക്കുന്നു. ചിത്രം 1b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന സംയുക്തത്തിൽ (C-2) സോളിഡിഫിക്കേഷൻ സമയത്ത് ഒരു യൂടെക്റ്റിക് പ്രതികരണത്തിൻ്റെ ലക്ഷണങ്ങളൊന്നുമില്ല, കൂടാതെ C-1 സംയുക്തത്തിൽ നിന്ന് തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായ ഒരു സൂക്ഷ്മഘടന നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. C-2 കോമ്പോസിറ്റിൻ്റെ സൂക്ഷ്മഘടന താരതമ്യേന മികച്ചതാണ്, മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൽ (fcc) ഒരേപോലെ വിതരണം ചെയ്ത നേർത്ത പ്ലേറ്റുകൾ (കാർബൈഡുകൾ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. മാട്രിക്സ്, കാർബൈഡ് എന്നിവയുടെ വോളിയം ഭിന്നസംഖ്യകൾ യഥാക്രമം 72 ± 1.69%, 28 ± 1.69% എന്നിങ്ങനെ കണക്കാക്കുന്നു. മാട്രിക്സിനും കാർബൈഡിനും പുറമേ, ചിത്രം 1c-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, C-3 സംയുക്തത്തിൽ ഒരു പുതിയ ഘട്ടം (സിലിസൈഡ്) കണ്ടെത്തി, അവിടെ അത്തരം സിലിസൈഡ്, കാർബൈഡ്, മാട്രിക്സ് ഘട്ടങ്ങളുടെ വോളിയം ഭിന്നസംഖ്യകൾ ഏകദേശം 26.5% ± ആയി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. 0.41%, 25.9 ± 0.53, 47.6 ± 0.34, യഥാക്രമം. മറ്റൊരു പുതിയ ഘട്ടം (ഗ്രാഫൈറ്റ്) C-4 സംയുക്തത്തിൻ്റെ സൂക്ഷ്മഘടനയിലും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു; ആകെ നാല് ഘട്ടങ്ങൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞു. ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘട്ടത്തിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ ചിത്രങ്ങളിൽ ഇരുണ്ട ദൃശ്യതീവ്രതയുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ഗോളാകൃതിയുണ്ട്, ചെറിയ അളവിൽ മാത്രമേ ഇത് കാണപ്പെടുന്നുള്ളൂ (ഏകദേശം 0.6 ± 0.30% മാത്രമാണ് വോളിയം ഭിന്നസംഖ്യ). C-5, C-6 എന്നീ സംയുക്തങ്ങളിൽ, മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങൾ മാത്രമേ തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുള്ളൂ, ഈ സംയുക്തങ്ങളിൽ ഇരുണ്ട വൈരുദ്ധ്യമുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘട്ടം അടരുകളായി കാണപ്പെടുന്നു. കോമ്പോസിറ്റ് എസ്-5-ലെ ഗ്രാഫൈറ്റ് അടരുകളെ അപേക്ഷിച്ച്, കോമ്പോസിറ്റ് എസ്-6-ലെ ഗ്രാഫൈറ്റ് അടരുകൾ വിശാലവും ചെറുതും പതിവുള്ളതുമാണ്. സി-5 കോമ്പോസിറ്റിലെ 14.9 ± 0.85% മുതൽ സി-6 കോമ്പോസിറ്റിൽ ഏകദേശം 17.4 ± 0.55% വരെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഉള്ളടക്കത്തിൽ അനുബന്ധമായ വർദ്ധനവ് നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു.
HEA കോമ്പോസിറ്റിലെ ഓരോ ഘട്ടത്തിൻ്റെയും വിശദമായ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറും രാസഘടനയും കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കുന്നതിന്, SEM ഉപയോഗിച്ച് സാമ്പിളുകൾ പരിശോധിച്ചു, കൂടാതെ EMF പോയിൻ്റ് വിശകലനവും കെമിക്കൽ മാപ്പിംഗും നടത്തി. സംയോജിത C-1 ൻ്റെ ഫലങ്ങൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 2, പ്രധാന മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൻ്റെ പ്രദേശങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്ന യൂടെക്റ്റിക് മിശ്രിതങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം വ്യക്തമായി കാണാം. കമ്പോസിറ്റ് C-1 ൻ്റെ കെമിക്കൽ മാപ്പ് ചിത്രം 2c-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, അവിടെ Co, Fe, Ni, Si എന്നിവ മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൽ ഒരേപോലെ വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, അടിസ്ഥാന HEA യുടെ മറ്റ് ഘടകങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൽ ഒരു ചെറിയ അളവിലുള്ള Cr കണ്ടെത്തി, ഇത് Cr മാട്രിക്സിൽ നിന്ന് വ്യാപിച്ചതായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു. SEM ഇമേജിലെ വെളുത്ത യൂടെക്റ്റിക് ഘട്ടത്തിൻ്റെ ഘടന ക്രോമിയം, കാർബൺ എന്നിവയാൽ സമ്പന്നമാണ്, ഇത് ക്രോമിയം കാർബൈഡാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലെ വ്യതിരിക്തമായ SiC കണങ്ങളുടെ അഭാവം, മാട്രിക്സിലെ ക്രോമിയത്തിൻ്റെ കുറഞ്ഞ ഉള്ളടക്കവും ക്രോമിയം സമ്പന്നമായ ഘട്ടങ്ങൾ അടങ്ങിയ യൂടെക്റ്റിക് മിശ്രിതങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യവും കൂടിച്ചേർന്ന്, ഉരുകുമ്പോൾ SiC യുടെ പൂർണ്ണമായ വിഘടനത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. SiC യുടെ വിഘടനത്തിൻ്റെ ഫലമായി, മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൽ സിലിക്കൺ ലയിക്കുന്നു, കൂടാതെ സ്വതന്ത്ര കാർബൺ ക്രോമിയവുമായി ഇടപഴകുകയും ക്രോമിയം കാർബൈഡുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, EMF രീതി ഉപയോഗിച്ച് കാർബൺ മാത്രമേ ഗുണപരമായി നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂ, എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേണുകളിൽ സ്വഭാവഗുണമുള്ള കാർബൈഡ് കൊടുമുടികൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിലൂടെ ഘട്ടം രൂപീകരണം സ്ഥിരീകരിച്ചു.
(എ) സാമ്പിൾ S-1 ൻ്റെ SEM ഇമേജ്, (b) വലുതാക്കിയ ചിത്രം, (c) എലമെൻ്റ് മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
സംയോജിത C-2 ൻ്റെ വിശകലനം ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 3. ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പിയിലെ രൂപത്തിന് സമാനമായി, SEM പരിശോധനയിൽ രണ്ട് ഘട്ടങ്ങൾ മാത്രമുള്ള ഒരു നല്ല ഘടന കണ്ടെത്തി, ഘടനയിലുടനീളം തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്ത ഒരു നേർത്ത ലാമെല്ലാർ ഘട്ടത്തിൻ്റെ സാന്നിധ്യം. മാട്രിക്സ് ഘട്ടം, യൂടെക്റ്റിക് ഘട്ടം ഇല്ല. ലാമെല്ലാർ ഘട്ടത്തിലെ മൂലക വിതരണവും EMF പോയിൻ്റ് വിശകലനവും ഈ ഘട്ടത്തിൽ Cr (മഞ്ഞ), C (പച്ച) എന്നിവയുടെ താരതമ്യേന ഉയർന്ന ഉള്ളടക്കം വെളിപ്പെടുത്തി, ഇത് വീണ്ടും ഉരുകുമ്പോൾ SiC യുടെ വിഘടനത്തെയും ക്രോമിയം ഇഫക്റ്റുമായുള്ള കാർബണിൻ്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. . VEA മാട്രിക്സ് ഒരു ലാമെല്ലാർ കാർബൈഡ് ഘട്ടം ഉണ്ടാക്കുന്നു. മൂലകങ്ങളുടെ വിതരണവും മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിൻ്റെ പോയിൻ്റ് വിശകലനവും കാണിക്കുന്നത് കോബാൾട്ട്, ഇരുമ്പ്, നിക്കൽ, സിലിക്കൺ എന്നിവയുടെ ഭൂരിഭാഗവും മാട്രിക്സ് ഘട്ടത്തിലാണ്.
(a) S-2 സാമ്പിളിൻ്റെ SEM ഇമേജ്, (b) വലുതാക്കിയ ചിത്രം, (c) എലമെൻ്റ് മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
C-3 കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ SEM പഠനങ്ങൾ കാർബൈഡ്, മാട്രിക്സ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് പുറമേ പുതിയ ഘട്ടങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം വെളിപ്പെടുത്തി. എലമെൻ്റൽ മാപ്പും (ചിത്രം 4 സി) ഇഎംഎഫ് പോയിൻ്റ് വിശകലനവും (ചിത്രം 4 ഡി) പുതിയ ഘട്ടം നിക്കൽ, കോബാൾട്ട്, സിലിക്കൺ എന്നിവയാൽ സമ്പന്നമാണെന്ന് കാണിക്കുന്നു.
(a) S-3 സാമ്പിളിൻ്റെ SEM ഇമേജ്, (b) വലുതാക്കിയ ചിത്രം, (c) എലമെൻ്റ് മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
C-4 സംയുക്തത്തിൻ്റെ SEM, EMF വിശകലനത്തിൻ്റെ ഫലങ്ങൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 5. കോമ്പോസിറ്റ് C-3 ൽ നിരീക്ഷിച്ച മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് പുറമേ, ഗ്രാഫൈറ്റ് നോഡ്യൂളുകളുടെ സാന്നിധ്യവും കണ്ടെത്തി. സിലിക്കൺ സമ്പുഷ്ടമായ ഘട്ടത്തിൻ്റെ വോളിയം അംശവും C-3 കോമ്പോസിറ്റിനേക്കാൾ കൂടുതലാണ്.
(a) S-4 സാമ്പിളിൻ്റെ SEM ഇമേജ്, (b) വലുതാക്കിയ ചിത്രം, (c) എലമെൻ്റ് മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
S-5, S-6 എന്നീ സംയുക്തങ്ങളുടെ SEM, EMF സ്പെക്ട്രയുടെ ഫലങ്ങൾ യഥാക്രമം 1, 2. 6, 7 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു ചെറിയ എണ്ണം ഗോളങ്ങൾക്ക് പുറമേ, ഗ്രാഫൈറ്റ് അടരുകളുടെ സാന്നിധ്യവും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. C-6 കോമ്പോസിറ്റിലെ സിലിക്കൺ അടങ്ങിയ ഘട്ടത്തിൻ്റെ ഗ്രാഫൈറ്റ് അടരുകളുടെ എണ്ണവും വോളിയം അംശവും C-5 സംയുക്തത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണ്.
(a) സാമ്പിൾ C-5 ൻ്റെ SEM ചിത്രം, (b) വലുതാക്കിയ കാഴ്ച, (c) എലമെൻ്റൽ മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
(എ) S-6 സാമ്പിളിൻ്റെ SEM ഇമേജ്, (b) വലുതാക്കിയ ചിത്രം, (c) എലമെൻ്റ് മാപ്പ്, (d) സൂചിപ്പിച്ച സ്ഥലങ്ങളിലെ EMF ഫലങ്ങൾ.
XRD അളവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് HEA സംയുക്തങ്ങളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന സ്വഭാവവും നടത്തി. ഫലം ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. അടിസ്ഥാന WEA (S-0) ൻ്റെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേണിൽ, fcc ഘട്ടവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കൊടുമുടികൾ മാത്രമേ ദൃശ്യമാകൂ. C-1, C-2, C-3 എന്നീ സംയുക്തങ്ങളുടെ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേണുകൾ ക്രോമിയം കാർബൈഡിന് (Cr7C3) അനുബന്ധമായ അധിക കൊടുമുടികളുടെ സാന്നിധ്യം വെളിപ്പെടുത്തി, C-3, C-4 സാമ്പിളുകൾക്ക് അവയുടെ തീവ്രത കുറവായിരുന്നു. അതും ഈ സാമ്പിളുകൾക്കായുള്ള EMF ഡാറ്റയോടൊപ്പം. S-3, S-4 സാമ്പിളുകൾക്കായി Co/Ni സിലിസൈഡുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കൊടുമുടികൾ നിരീക്ഷിച്ചു, വീണ്ടും ചിത്രം 2, 3 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന EDS മാപ്പിംഗ് ഫലങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ചിത്രം 3, ചിത്രം 4 എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ. 5, S-6 കൊടുമുടികൾ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു ഗ്രാഫൈറ്റിന് അനുയോജ്യമായത്.
വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങളുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ, ക്രിസ്റ്റല്ലോഗ്രാഫിക് സവിശേഷതകൾ ചേർത്ത SiC യുടെ വിഘടനത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. VEA മാട്രിക്സിലെ ക്രോമിയം സാന്നിധ്യമാണ് ഇതിന് കാരണം. ക്രോമിയത്തിന് കാർബൺ 54.55-നോട് വളരെ ശക്തമായ അടുപ്പമുണ്ട്, കൂടാതെ സ്വതന്ത്ര കാർബണുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് കാർബൈഡുകൾ രൂപപ്പെടുന്നു, ഇത് മാട്രിക്സിലെ ക്രോമിയം ഉള്ളടക്കത്തിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന കുറവ് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. SiC56-ൻ്റെ വിഘടനം കാരണം Si fcc ഘട്ടത്തിലേക്ക് കടന്നുപോകുന്നു. അങ്ങനെ, അടിസ്ഥാന എച്ച്ഇഎയിലേക്ക് SiC ചേർക്കുന്നതിലെ വർദ്ധനവ് കാർബൈഡ് ഘട്ടത്തിൻ്റെ അളവിലും മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലെ സ്വതന്ത്ര Si യുടെ അളവിലും വർദ്ധനവിന് കാരണമായി. ഈ അധിക Si മാട്രിക്സിൽ കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയിൽ (S-1, S-2 സംയുക്തങ്ങളിൽ) നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു, അതേസമയം ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിൽ (S-3 മുതൽ S-6 വരെയുള്ള സംയുക്തങ്ങൾ) അധിക കോബാൾട്ട് നിക്ഷേപത്തിന് കാരണമാകുന്നു. നിക്കൽ സിലിസൈഡ്. നേരിട്ടുള്ള സിന്തസിസ് ഹൈ-ടെമ്പറേച്ചർ കലോറിമെട്രി വഴി ലഭിക്കുന്ന കോ, നി സിലിസൈഡുകളുടെ രൂപീകരണത്തിൻ്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് എൻതാൽപി -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 എന്നിവയാണ് യഥാക്രമം Co2Si, CoSi, CoSi2, ഇവയ്ക്ക്. മൂല്യങ്ങൾ - 50.6 ± Ni2Si, Ni5Si2 എന്നിവയ്ക്ക് യഥാക്രമം 1.7, - 45.1 ± 1.4 kJ mol-157. ഈ മൂല്യങ്ങൾ SiC യുടെ രൂപീകരണത്തിൻ്റെ താപത്തേക്കാൾ കുറവാണ്, ഇത് Co/Ni സിലിസൈഡുകളുടെ രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്ന SiC യുടെ വിഘടനം ഊർജ്ജസ്വലമായി അനുകൂലമാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. S-5, S-6 എന്നീ രണ്ട് സംയുക്തങ്ങളിലും, അധിക സ്വതന്ത്ര സിലിക്കൺ ഉണ്ടായിരുന്നു, ഇത് സിലിസൈഡിൻ്റെ രൂപീകരണത്തിനപ്പുറം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഈ സ്വതന്ത്ര സിലിക്കൺ പരമ്പരാഗത സ്റ്റീലുകളിൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷനിൽ സംഭാവന ചെയ്യുന്നതായി കണ്ടെത്തി58.
എച്ച്ഇഎ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വികസിപ്പിച്ച സെറാമിക്-റൈൻഫോഴ്സ്ഡ് കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ കംപ്രഷൻ ടെസ്റ്റുകളും കാഠിന്യ പരിശോധനകളും ഉപയോഗിച്ച് അന്വേഷിക്കുന്നു. വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങളുടെ സ്ട്രെസ്-സ്ട്രെയിൻ കർവുകൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 9a, കൂടാതെ ചിത്രം 9b-ൽ വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങളുടെ നിർദ്ദിഷ്ട വിളവ് ശക്തി, വിളവ് ശക്തി, കാഠിന്യം, നീളം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ഒരു സ്കാറ്റർപ്ലോട്ട് കാണിക്കുന്നു.
(എ) കംപ്രസീവ് സ്ട്രെയിൻ കർവുകളും (ബി) പ്രത്യേക വിളവ് സമ്മർദ്ദം, വിളവ് ശക്തി, കാഠിന്യം, നീളം എന്നിവ കാണിക്കുന്ന സ്കാറ്റർപ്ലോട്ടുകൾ. S-5, S-6 മാതൃകകളിൽ കാര്യമായ കാസ്റ്റിംഗ് വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, S-0 മുതൽ S-4 വരെയുള്ള മാതൃകകൾ മാത്രമേ കാണിച്ചിട്ടുള്ളൂ എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക.
അത്തിപ്പഴത്തിൽ കാണുന്നത് പോലെ. 9, ബേസ് VES-ന് (C-0) 136 MPa ൽ നിന്ന് C-4 കോമ്പോസിറ്റിന് 2522 MPa ആയി വിളവ് ശക്തി വർദ്ധിച്ചു. അടിസ്ഥാന WPP യുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, S-2 കോമ്പോസിറ്റ് ഏകദേശം 37% പരാജയത്തിലേക്ക് വളരെ നല്ല നീളം കാണിച്ചു, കൂടാതെ ഗണ്യമായ ഉയർന്ന വിളവ് ശക്തി മൂല്യങ്ങളും (1200 MPa) കാണിച്ചു. ഈ കോമ്പോസിറ്റിൻ്റെ ശക്തിയുടെയും ഡക്റ്റിലിറ്റിയുടെയും മികച്ച സംയോജനത്തിന് കാരണം മൊത്തത്തിലുള്ള മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലെ പുരോഗതിയാണ്, മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിലുടനീളം മികച്ച കാർബൈഡ് ലാമെല്ലയുടെ ഏകീകൃത വിതരണം ഉൾപ്പെടെ, ഇത് സ്ഥാനഭ്രംശ ചലനത്തെ തടയുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. C-3, C-4 സംയുക്തങ്ങളുടെ വിളവ് ശക്തി യഥാക്രമം 1925 MPa, 2522 MPa എന്നിവയാണ്. ഈ ഉയർന്ന വിളവ് ശക്തികളെ സിമൻ്റ് കാർബൈഡിൻ്റെയും സിലിസൈഡ് ഘട്ടങ്ങളുടെയും ഉയർന്ന അളവിലുള്ള അംശം വിശദീകരിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഈ ഘട്ടങ്ങളുടെ സാന്നിദ്ധ്യം 7% മാത്രം ഇടവേളയിൽ നീണ്ടുകിടക്കുന്നതിന് കാരണമായി. അടിസ്ഥാന സംയുക്തങ്ങളായ CoCrFeNi HEA (S-0), S-1 എന്നിവയുടെ സ്ട്രെസ്-സ്ട്രെയിൻ കർവുകൾ കുത്തനെയുള്ളതാണ്, ഇത് ഇരട്ട പ്രഭാവം അല്ലെങ്കിൽ TRIP59,60 സജീവമാക്കുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. സാമ്പിൾ S-1 മായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, സാമ്പിൾ S-2 ൻ്റെ സ്ട്രെസ്-സ്ട്രെയിൻ കർവിന് ഏകദേശം 10.20% സ്‌ട്രെയിനിൽ ഒരു കോൺകേവ് ആകൃതിയുണ്ട്, അതായത് ഈ വികലമായ അവസ്ഥയിലെ സാമ്പിളിൻ്റെ പ്രധാന രൂപഭേദം സാധാരണ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ സ്ലിപ്പാണ്. . എന്നിരുന്നാലും, ഈ മാതൃകയിലെ കാഠിന്യത്തിൻ്റെ നിരക്ക് ഒരു വലിയ സ്‌ട്രെയിൻ ശ്രേണിയിൽ ഉയർന്നതാണ്, ഉയർന്ന സ്‌ട്രെയിനുകളിൽ കൺവെക്‌സിറ്റിയിലേക്കുള്ള ഒരു പരിവർത്തനവും ദൃശ്യമാണ് (ഇത് ലൂബ്രിക്കേറ്റഡ് കംപ്രസ്സീവ് ലോഡുകളുടെ പരാജയം മൂലമാണെന്ന് തള്ളിക്കളയാനാവില്ല). ). മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിൽ കാർബൈഡുകളുടെയും സിലിസൈഡുകളുടെയും ഉയർന്ന വോളിയം ഭിന്നസംഖ്യകൾ ഉള്ളതിനാൽ C-3, C-4 എന്നീ സംയുക്തങ്ങൾക്ക് പരിമിതമായ പ്ലാസ്റ്റിറ്റി മാത്രമേ ഉള്ളൂ. ഈ കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ സാമ്പിളുകളിൽ കാര്യമായ കാസ്റ്റിംഗ് വൈകല്യങ്ങൾ കാരണം സി -5, സി -6 എന്നിവയുടെ സാമ്പിളുകളുടെ കംപ്രഷൻ ടെസ്റ്റുകൾ നടത്തിയില്ല (ചിത്രം 10 കാണുക).
C-5, C-6 എന്നിവയുടെ സാമ്പിളുകളിൽ കാസ്റ്റിംഗ് വൈകല്യങ്ങളുടെ സ്റ്റീരിയോമൈക്രോഗ്രാഫുകൾ (ചുവന്ന അമ്പടയാളങ്ങളാൽ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു).
VEA സംയുക്തങ്ങളുടെ കാഠിന്യം അളക്കുന്നതിനുള്ള ഫലങ്ങൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 9b. അടിസ്ഥാന WEA-ക്ക് 130±5 HV കാഠിന്യം ഉണ്ട്, കൂടാതെ S-1, S-2, S-3, S-4 എന്നിവയ്ക്ക് 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV എന്നിവയുടെ കാഠിന്യം മൂല്യമുണ്ട്. 755±20 എച്ച്.വി. കംപ്രഷൻ ടെസ്റ്റുകളിൽ നിന്ന് ലഭിച്ച വിളവ് ശക്തിയിലെ മാറ്റവുമായി കാഠിന്യത്തിലെ വർദ്ധനവ് നല്ല യോജിപ്പിലാണ്, കൂടാതെ സംയുക്തത്തിലെ ഖരവസ്തുക്കളുടെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നതുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഓരോ സാമ്പിളിൻ്റെയും ടാർഗെറ്റ് ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി കണക്കാക്കിയ നിർദ്ദിഷ്ട വിളവ് ശക്തിയും അത്തിപ്പഴത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. 9b. പൊതുവേ, വിളവ് ശക്തി (1200 MPa), കാഠിന്യം (275 ± 10 HV), പരാജയത്തിലേക്കുള്ള ആപേക്ഷിക ദീർഘവീക്ഷണം (~37%) എന്നിവയുടെ മികച്ച സംയോജനം സംയുക്ത C-2 ന് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു.
വിവിധ ക്ലാസുകളുടെ വസ്തുക്കളുമായി വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തത്തിൻ്റെ വിളവ് ശക്തിയും ആപേക്ഷിക നീളവും താരതമ്യം ചെയ്യുന്നത് ചിത്രം 11a ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ പഠനത്തിൽ CoCrFeNi അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള കോമ്പോസിറ്റുകൾ ഏത് സമ്മർദ്ദ നിലയിലും ഉയർന്ന നീളം കാണിക്കുന്നു62. ഈ പഠനത്തിൽ വികസിപ്പിച്ച എച്ച്ഇഎ സംയുക്തങ്ങളുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ, വിളവ് ശക്തിയുടെ പ്ലോട്ടിൻ്റെ പ്ലോട്ടിൻ്റെ മുമ്പ് ആളൊഴിഞ്ഞ പ്രദേശത്തും നീളമേറിയതാണെന്നും കാണാൻ കഴിയും. കൂടാതെ, വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങൾക്ക് ശക്തിയുടെയും (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa, 2522 MPa) നീളവും (>60%, 37%, 7.3%, 6.19%) സംയോജനത്തിൻ്റെ വിപുലമായ ശ്രേണിയുണ്ട്. നൂതന എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിൽ വിളവ് ശക്തിയും ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ്63,64. ഇക്കാര്യത്തിൽ, നിലവിലെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിൻ്റെ എച്ച്ഇഎ സംയുക്തങ്ങൾ വിളവ് ശക്തിയുടെയും ദീർഘവീക്ഷണത്തിൻ്റെയും മികച്ച സംയോജനം പ്രകടമാക്കുന്നു. കാരണം, കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയുള്ള SiC ചേർക്കുന്നത് ഉയർന്ന നിർദ്ദിഷ്ട വിളവ് ശക്തിയുള്ള സംയുക്തങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. HEA കമ്പോസിറ്റുകളുടെ നിർദ്ദിഷ്ട വിളവ് ശക്തിയും നീളവും, ചിത്രം 11b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, HEA FCC, refractory HEA എന്നിവയുടെ അതേ ശ്രേണിയിലാണ്. വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങളുടെ കാഠിന്യവും വിളവ് ശക്തിയും കൂറ്റൻ മെറ്റാലിക് ഗ്ലാസുകളുടെ അതേ ശ്രേണിയിലാണ് (ചിത്രം 11 സി). മാസിവ് മെറ്റാലിക് ഗ്ലാസുകളുടെ (ബിഎംഎസ്) ഉയർന്ന കാഠിന്യവും വിളവ് ശക്തിയും ഉണ്ട്, എന്നാൽ അവയുടെ നീളം 66,67 പരിമിതമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പഠനത്തിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ചില എച്ച്ഇഎ സംയുക്തങ്ങളുടെ കാഠിന്യവും വിളവ് ശക്തിയും ഗണ്യമായ നീളം കാണിച്ചു. അങ്ങനെ, VEA വികസിപ്പിച്ച സംയുക്തങ്ങൾക്ക് വിവിധ ഘടനാപരമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ സവിശേഷവും ആവശ്യപ്പെടുന്നതുമായ സംയോജനമുണ്ടെന്ന് നിഗമനം ചെയ്തു. മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ ഈ അതുല്യമായ സംയോജനം എഫ്സിസി എച്ച്ഇഎ മാട്രിക്സിൽ സിറ്റുവിൽ രൂപംകൊണ്ട ഹാർഡ് കാർബൈഡുകളുടെ ഏകീകൃത വ്യാപനത്തിലൂടെ വിശദീകരിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ശക്തിയുടെ മികച്ച സംയോജനം കൈവരിക്കുന്നതിനുള്ള ലക്ഷ്യത്തിൻ്റെ ഭാഗമായി, സെറാമിക് ഘട്ടങ്ങളുടെ കൂട്ടിച്ചേർക്കലിൻ്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സൂക്ഷ്മ ഘടനാപരമായ മാറ്റങ്ങൾ S-5, S-6 സംയുക്തങ്ങളിൽ കാണപ്പെടുന്ന കാസ്റ്റിംഗ് വൈകല്യങ്ങൾ ഒഴിവാക്കാൻ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പഠിക്കുകയും നിയന്ത്രിക്കുകയും വേണം. ഡക്റ്റിലിറ്റി. ലിംഗഭേദം.
ഈ പഠനത്തിൻ്റെ ഫലങ്ങൾ വിവിധ ഘടനാപരമായ സാമഗ്രികളുമായും എച്ച്ഇഎകളുമായും താരതമ്യപ്പെടുത്തി: (എ) നീളവും വിളവ് ശക്തിയും62, (ബി) പ്രത്യേക വിളവ് സമ്മർദ്ദവും ഡക്റ്റിലിറ്റി63 ഉം (സി) കാഠിന്യം 65 ൻ്റെ വിളവ് ശക്തിയും.
SiC ചേർത്ത് HEA CoCrFeNi സിസ്റ്റത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള HEA-സെറാമിക് കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ ഒരു ശ്രേണിയുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും പഠിക്കുകയും ഇനിപ്പറയുന്ന നിഗമനങ്ങളിൽ എത്തിച്ചേരുകയും ചെയ്തു:
ആർക്ക് മെൽറ്റിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് CoCrFeNi HEA-ലേക്ക് SiC ചേർത്തുകൊണ്ട് ഉയർന്ന എൻട്രോപ്പി അലോയ് സംയുക്തങ്ങൾ വിജയകരമായി വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.
ആർക്ക് ഉരുകുന്ന സമയത്ത് SiC വിഘടിക്കുന്നു, ഇത് കാർബൈഡ്, സിലിസൈഡ്, ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘട്ടങ്ങളുടെ സിറ്റുവിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇവയുടെ സാന്നിധ്യവും വോളിയം അംശവും അടിസ്ഥാന HEA-യിൽ ചേർക്കുന്ന SiC യുടെ അളവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.
HEA കോമ്പോസിറ്റുകൾ നിരവധി മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, വിളവ് ശക്തിയും നീളമേറിയ പ്ലോട്ടും അനുസരിച്ച് മുമ്പ് ആളൊഴിഞ്ഞ പ്രദേശങ്ങളിലേക്ക് വരുന്ന പ്രോപ്പർട്ടികൾ. 6 wt% SiC ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച HEA കോമ്പോസിറ്റിൻ്റെ വിളവ് ശക്തി 37% ഡക്റ്റിലിറ്റി നിലനിർത്തുമ്പോൾ അടിസ്ഥാന HEA യുടെ എട്ട് മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്.
HEA സംയുക്തങ്ങളുടെ കാഠിന്യവും വിളവ് ശക്തിയും ബൾക്ക് മെറ്റാലിക് ഗ്ലാസുകളുടെ (BMG) ശ്രേണിയിലാണ്.
നൂതന ഘടനാപരമായ പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി ലോഹ-മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ മികച്ച സംയോജനം കൈവരിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നല്ല സമീപനമാണ് ഹൈ-എൻട്രോപ്പി അലോയ് സംയുക്തങ്ങൾ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നതെന്ന് കണ്ടെത്തലുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.