CoCrFeNi нь маш сайн уян хатан боловч хязгаарлагдмал хүч чадалтай, сайн судлагдсан нүүр төвтэй куб (fcc) өндөр энтропи хайлш (HEA) юм. Энэхүү судалгааны гол зорилго нь нуман хайлуулах аргыг ашиглан өөр өөр хэмжээний SiC нэмэх замаар ийм HEA-ийн хүч чадал, уян хатан байдлын тэнцвэрийг сайжруулах явдал юм. Үндсэн HEA-д хром байгаа нь хайлах явцад SiC задралд хүргэдэг нь тогтоогдсон. Ийнхүү чөлөөт нүүрстөрөгчийн хромтой харилцан үйлчлэлцсэнээр хромын карбидыг in situ үүсэхэд хүргэдэг бол чөлөөт цахиур нь үндсэн HEA-д уусмалд үлдэж, / эсвэл үндсэн HEA-ийг бүрдүүлдэг элементүүдтэй харилцан үйлчилж, силицид үүсгэдэг. SiC агууламж нэмэгдэхийн хэрээр бичил бүтцийн үе шат дараах дарааллаар өөрчлөгдөнө: fcc → fcc + эвтектик → fcc + хромын карбидын ширхэгүүд → fcc + хромын карбидын ширхэгүүд + силицид → fcc + хромын карбидын ширхэгүүд + силицид + бал чулуун бөмбөлөгүүд / бал чулууны ширхэгүүд. Үүссэн нийлмэл материалууд нь ердийн хайлш болон өндөр энтропи хайлштай харьцуулахад маш өргөн хүрээний механик шинж чанарыг харуулдаг (60%-иас дээш суналтын үед 277 МПа-аас 6% суналттай үед 2522 МПа хүртэл) ундаргатай байдаг. Боловсруулсан зарим өндөр энтропи нийлмэл материалууд нь механик шинж чанарын маш сайн хослолыг харуулдаг (гарцын хүч 1200 МПа, суналт 37%) ба уналтын хүчдэл-суналтын диаграммд урьд өмнө хүрч чадаагүй бүс нутгийг эзэлдэг. Гайхамшигтай суналтаас гадна HEA нийлмэл материалуудын хатуулаг, ундаргаа бат бэх нь задгай металл шилтэй ижил түвшинд байна. Тиймээс өндөр энтропи бүхий нийлмэл материалыг боловсруулах нь дэвшилтэт бүтцийн хэрэглээнд механик шинж чанарыг маш сайн хослуулахад тусална гэж үздэг.
Өндөр энтропи хайлшийг боловсруулах нь металлургийн салбарт ирээдүйтэй шинэ ойлголт юм1,2. Өндөр энтропи хайлш (HEA) нь дулааны өндөр тогтвортой байдал3,4 хэт хуванцар суналт5,6 ядаргаанд тэсвэртэй7,8 зэврэлтэнд тэсвэртэй9,10,11, элэгдэлд тэсвэртэй12,13,14 зэрэг физик болон механик шинж чанаруудын маш сайн хослолыг хэд хэдэн тохиолдолд харуулсан. ,15 ба трибологийн шинж чанарууд15 ,16,17 өндөр температурт ч гэсэн18,19,20,21,22 ба механик шинж чанарууд бага температур23,24,25. HEA дахь механик шинж чанаруудын маш сайн хослол нь ихэвчлэн дөрвөн үндсэн нөлөөлөлтэй холбоотой байдаг, тухайлбал өндөр тохиргооны энтропи26, торны хүчтэй гажуудал27, удаан тархалт28, коктейлийн эффект29. HEA-г ихэвчлэн FCC, BCC, HCP гэж ангилдаг. FCC HEA нь ихэвчлэн Co, Cr, Fe, Ni, Mn зэрэг шилжилтийн элементүүдийг агуулдаг бөгөөд маш сайн уян хатан чанарыг (бага температурт25) харуулдаг боловч бага бат бэх байдаг. BCC HEA нь ихэвчлэн W, Mo, Nb, Ta, Ti, V зэрэг өндөр нягтралтай элементүүдээс бүрдэх ба маш өндөр бат бэх боловч уян хатан чанар багатай, хувийн хүч чадал багатай30.
Механик шинж чанарын хамгийн сайн хослолыг олж авахын тулд механик боловсруулалт, термомеханик боловсруулалт, элемент нэмэхэд үндэслэн HEA-ийн бичил бүтцийн өөрчлөлтийг судалсан. CoCrFeMnNi FCC HEA нь өндөр даралтын мушгиагаар хүчтэй хуванцар хэв гажилтанд өртдөг бөгөөд энэ нь хатуулаг (520 HV) болон бат бэх (1950 МПа) мэдэгдэхүйц нэмэгдэхэд хүргэдэг боловч нанокристалл бичил бүтэц (~50 нм) бий болсноор хайлш хэврэг болдог31 . CoCrFeMnNi HEA-д ихэрлэх уян хатан чанар (TWIP) болон хувиргах уян хатан чанарыг (TRIP) нэгтгэх нь ажлын сайн хатууралтыг бий болгож, суналтын бат бэхийн бодит утгуудаас үл хамааран өндөр суналтын уян хатан чанарыг бий болгодог нь тогтоогдсон. Доод талд (1124 МПа) 32. CoCrFeMnNi HEA-д шидэлтээр цохих аргыг ашиглан давхаргат бичил бүтэц (нимгэн хэв гажилттай давхарга ба хэв гажилтгүй гол хэсгээс бүрдэх) үүссэн нь бат бэхийг нэмэгдүүлэхэд хүргэсэн боловч энэ сайжруулалт 700 МПа33 орчим байсан. Хүч чадал, уян хатан чанарыг хамгийн сайн хослуулсан материалыг хайж олохын тулд изоатомын бус элементүүдийн нэмэлтийг ашиглан олон фазын HEA ба эвтектик HEA-г боловсруулах талаар судалж үзсэн болно34,35,36,37,39,40,41. Үнэн хэрэгтээ эвтектик өндөр энтропи хайлш дахь хатуу ба зөөлөн фазын илүү нарийн хуваарилалт нь бат бэх, уян хатан чанарыг харьцангуй сайн хослуулахад хүргэдэг болохыг тогтоожээ35,38,42,43.
CoCrFeNi систем нь өргөн судлагдсан нэг фазын FCC өндөр энтропи хайлш юм. Энэ систем нь бага болон өндөр температурт хурдан хатууруулах шинж чанартай44, маш сайн уян хатан чанарыг45,46 харуулдаг. Түүний харьцангуй бага бат бөх чанарыг (~300 МПа)47,48 сайжруулахын тулд янз бүрийн оролдлого хийсэн бөгөөд үүнд үр тарианы сайжруулалт25, нэг төрлийн бус бичил бүтэц49, хур тунадас50,51,52, хувиралаас үүдэлтэй уян хатан чанар (TRIP)53 орно. Хүйтэн нөхцөлд цутгасан нүүр төвтэй куб HEA CoCrFeNi-ийн үр тариаг боловсронгуй болгох нь бат бөх чанарыг 300 МПа47.48-аас 1.2 GPa25 хүртэл нэмэгдүүлэх боловч уян хатан байдлын алдагдлыг 60% -иас 12.6% хүртэл бууруулдаг. CoCrFeNi-ийн HEA-д Al-ийг нэмснээр нэг төрлийн бус бичил бүтэц үүссэн бөгөөд энэ нь уналтын бат бэхийг 786 МПа, харьцангуй суналтыг ойролцоогоор 22% болгон нэмэгдүүлсэн49. CoCrFeNi HEA-ийг Ti, Al-тай нэмж тунадас үүсгэж, улмаар хур тунадасыг бэхжүүлж, уналтын хүчийг 645 МПа, суналтыг 39% хүртэл нэмэгдүүлсэн51. TRIP механизм (нүүр төвтэй куб → зургаан талт мартенсит хувиргалт) болон хосолсон нь CoCrFeNi HEA-ийн суналтын бат бэхийг 841 МПа, тасрах үеийн суналтыг 76%53 хүртэл нэмэгдүүлсэн.
Хүч чадал, уян хатан чанарыг илүү сайн хослуулж чаддаг өндөр энтропи нийлмэл материалуудыг бий болгохын тулд HEA нүүр төвтэй куб матрицад керамик арматурыг нэмж оруулах оролдлого хийсэн. Өндөр энтропи бүхий нийлмэл материалыг вакуум нуман хайлуулах44, механик хайлш45,46,47,48,52,53, оч плазмын агломержуулалт46,51,52, вакуум халуун шахалт45, халуун изостатик шахалт47,48, нэмэлт үйлдвэрлэл4343 зэрэг аргаар боловсруулж, 50. WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50, Y2O351 зэрэг карбид, исэл ба нитридыг HEA нийлмэл материал боловсруулахад керамик арматур болгон ашигласан. Бат бөх, удаан эдэлгээтэй HEA нийлмэл материалыг зохион бүтээх, боловсруулахад HEA матриц болон керамикийг зөв сонгох нь онцгой чухал юм. Энэ ажилд CoCrFeNi-ийг матрицын материал болгон сонгосон. CoCrFeNi HEA-д янз бүрийн хэмжээгээр SiC нэмсэн бөгөөд тэдгээрийн бичил бүтэц, фазын найрлага, механик шинж чанарт үзүүлэх нөлөөг судалсан.
ХЭА-ийн нийлмэл материалыг үйлдвэрлэх түүхий эд болгон энгийн тоосонцор хэлбэрийн өндөр цэвэршилттэй Co, Cr, Fe, Ni (99.95 жин%) металлууд болон SiC нунтаг (цэвэршил 99%, хэмжээ -400 торон) ашигласан. CoCrFeNi HEA-ийн изоатомын найрлагыг эхлээд хагас бөмбөрцөг хэлбэрийн усан хөргөлттэй зэс хэвэнд хийж, дараа нь камерыг 3·10-5 мбар хүртэл нүүлгэн шилжүүлсэн. Хэрэглээний бус гянтболдын электродоор нуман хайлуулахад шаардагдах вакуумд хүрэхийн тулд өндөр цэвэршилттэй аргон хий нэвтрүүлсэн. Үүссэн ембүүг урвуу болгож, нэг төрлийн байдлыг хангахын тулд таван удаа дахин хайлуулна. Үүссэн эквиатомын CoCrFeNi товчлууруудад тодорхой хэмжээний SiC нэмснээр янз бүрийн найрлагатай өндөр энтропи нийлмэлүүдийг бэлтгэсэн бөгөөд тэдгээрийг 5 дахин урвуу байдлаар дахин нэг төрлийн болгож, тохиолдол бүрт дахин хайлуулсан. Үүссэн нийлмэлээс цутгасан товчлуурыг EDM ашиглан хайчилж, цаашдын туршилт, шинж чанарыг тодорхойлсон. Бичил бүтцийн судалгааны дээжийг стандарт металлографийн аргын дагуу бэлтгэсэн. Эхлээд дээжийг гэрлийн микроскоп (Leica Microscope DM6M) ашиглан Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) программын тусламжтайгаар тоон фазын шинжилгээнд хамруулсан. Фазын шинжилгээнд нийт 27,000 мкм2 талбай бүхий өөр өөр газар авсан гурван зургийг сонгосон. Химийн найрлагын шинжилгээ, элементийн тархалтын шинжилгээ зэрэг бичил бүтцийн нарийвчилсан судалгааг эрчим хүчний дисперсийн спектроскопи (EDS) шинжилгээний системээр тоноглогдсон сканнердах электрон микроскоп (JEOL JSM-6490LA) дээр хийсэн. HEA нийлмэлийн болор бүтцийн шинж чанарыг 0.04 ° алхамын хэмжээтэй CuKα эх үүсвэрийг ашиглан рентген туяаны дифракцийн систем (Брукер D2 фазын шилжүүлэгч) ашиглан гүйцэтгэсэн. HEA нийлмэл материалын механик шинж чанарт бичил бүтцийн өөрчлөлтийн нөлөөг Викерсийн бичил хатуулгийн туршилт, шахалтын туршилтыг ашиглан судалсан. Хатуу байдлын туршилтын хувьд сорьц бүрт дор хаяж 10 догол ашиглан 500 Н ачааллыг 15 секундын турш хэрэглэнэ. Өрөөний температурт HEA нийлмэл материалын шахалтын туршилтыг тэгш өнцөгт сорьцууд (7 мм × 3 мм × 3 мм) дээр Shimadzu 50KN универсал туршилтын машин (UTM) дээр 0.001/с-ийн анхны хүчдэлийн хурдаар хийсэн.
Цаашид S-1-S-6 дээж гэж нэрлэгдэх өндөр энтропи нийлмэл материалыг CoCrFeNi матрицад 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, 17% SiC (бүгд жингээр%) нэмснээр бэлтгэсэн. . тус тус. SiC нэмээгүй лавлагаа дээжийг цаашид S-0 дээж гэж нэрлэнэ. Боловсруулсан HEA нийлмэл материалын оптик микрографикийг Зураг дээр үзүүлэв. Төрөл бүрийн нэмэлтүүдийг нэмснээр CoCrFeNi HEA-ийн нэг фазын микро бүтэц нь янз бүрийн морфологи, хэмжээ, тархалт бүхий олон фазаас бүрдэх микро бүтэц болж өөрчлөгдсөн. Найрлага дахь SiC-ийн хэмжээ. Үе шат бүрийн хэмжээг LAS Phase Expert программ хангамжийг ашиглан зургийн шинжилгээгээр тодорхойлсон. Зураг 1-ийн оруулга (баруун дээд талд) нь энэхүү шинжилгээний жишээ талбар, түүнчлэн фазын бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн талбайн хэсгийг харуулав.
Боловсруулсан өндөр энтропи нийлмэл материалын оптик микрографик: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ба (f) C- 6. Дотор нь LAS Phase Expert программ хангамжийг ашиглан тодосгогч дээр суурилсан зургийн фазын шинжилгээний үр дүнгийн жишээг харуулж байна.
Зурагт үзүүлсэн шиг. 1а, С-1 нийлмэл материалын матрицын эзэлхүүнүүдийн хооронд үүссэн эвтектик микро бүтэц бөгөөд энд матриц болон эвтектик фазын хэмжээ тус тус 87.9±0.47% ба 12.1%±0.51% байна. 1б-р зурагт үзүүлсэн нийлмэл материалд (С-2) хатуурах явцад эвтектик урвалын шинж тэмдэг илрээгүй бөгөөд С-1 нийлмэлээс тэс өөр бичил бүтэц ажиглагдаж байна. С-2 нийлмэлийн бичил бүтэц нь харьцангуй нарийн бөгөөд матрицын үе шатанд (fcc) жигд тархсан нимгэн ялтсуудаас (карбид) бүрдэнэ. Матриц ба карбидын эзлэхүүний фракцыг тус тус 72 ± 1.69% ба 28 ± 1.69% гэж тооцсон. Матриц ба карбидаас гадна С-3 нийлмэл найрлагад шинэ фаз (цахиур) олдсон бөгөөд үүнийг 1в-р зурагт үзүүлсэн бөгөөд ийм цахиур, карбид, матрицын фазуудын эзлэхүүний фракцууд ойролцоогоор 26.5% ± гэж тооцогддог. 0.41%, 25.9 ± 0.53, 47.6 ± 0.34 тус тус байна. С-4 нийлмэлийн бичил бүтцэд бас нэгэн шинэ үе шат (графит) ажиглагдсан; нийт дөрвөн үе шатыг тодорхойлсон. Бал чулуун фаз нь оптик зураг дээр харанхуй тодосгогчтой тодорхой бөмбөрцөг хэлбэртэй бөгөөд зөвхөн бага хэмжээгээр байдаг (тооцоолсон эзлэхүүний хэсэг нь ердөө 0.6 ± 0.30%). С-5 ба С-6 нийлмэл материалд зөвхөн гурван үе шатыг тодорхойлсон бөгөөд эдгээр нийлмэл материал дахь хар өнгийн ялгаатай графит фаз нь ширхэгтэй хэлбэрээр харагдана. Нийлмэл S-5 дахь бал чулууны ширхэгтэй харьцуулахад нийлмэл S-6 дахь бал чулууны ширхэгүүд илүү өргөн, богино, тогтмол байдаг. С-5 нийлмэл материалд 14.9 ± 0.85%-иас С-6 нийлмэл дээр ойролцоогоор 17.4 ± 0.55% болж бал чулууны агууламжийн зохих өсөлт ажиглагдсан.
HEA нийлмэл дэх үе шат бүрийн нарийвчилсан бичил бүтэц, химийн найрлагыг цаашид судлахын тулд дээжийг SEM ашиглан судалж, EMF цэгийн шинжилгээ, химийн зураглалыг мөн хийсэн. Нийлмэл C-1-ийн үр дүнг зурагт үзүүлэв. 2-т үндсэн матрицын фазын бүс нутгийг тусгаарлах эвтектик хольц байгаа нь тодорхой харагдаж байна. Нийлмэл С-1-ийн химийн газрын зургийг 2в-р зурагт үзүүлснээр Co, Fe, Ni, Si нь матрицын үе шатанд жигд тархсан байгааг харж болно. Гэсэн хэдий ч үндсэн HEA-ийн бусад элементүүдтэй харьцуулахад матрицын үе шатанд бага хэмжээний Cr илэрсэн нь Cr нь матрицаас гадагш тархсан болохыг харуулж байна. SEM зураг дээрх цагаан эвтектик фазын найрлага нь хром, нүүрстөрөгчөөр баялаг бөгөөд энэ нь хромын карбид болохыг харуулж байна. Бичил бүтцэд салангид SiC тоосонцор байхгүй, матриц дахь хромын бага агууламж ажиглагдаж, хромоор баялаг фаз агуулсан эвтектик хольц байгаа нь хайлах явцад SiC бүрэн задралд орж байгааг харуулж байна. SiC-ийн задралын үр дүнд цахиур матрицын үе шатанд уусч, чөлөөт нүүрстөрөгч нь хромтой харилцан үйлчилж, хромын карбидыг үүсгэдэг. Эндээс харахад зөвхөн нүүрстөрөгчийг EMF аргаар чанарын хувьд тодорхойлж, рентген туяаны дифракцийн хэв маягт карбидын шинж чанарын оргилуудыг тодорхойлох замаар фаз үүсэх нь батлагдсан.
(a) S-1 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан зураг, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
Нийлмэл C-2-ийн шинжилгээг зурагт үзүүлэв. 3. Оптик микроскопийн харагдах байдалтай адил SEM шинжилгээгээр зөвхөн хоёр үе шатаас бүрдэх нарийн бүтэцтэй, бүх бүтэц даяар жигд тархсан нимгэн давхаргатай фаз илэрсэн. матрицын үе шат бөгөөд эвтектик үе шат байхгүй. Давхаргын фазын элементийн тархалт ба EMF цэгийн шинжилгээ нь энэ үе шатанд Cr (шар) ба C (ногоон) харьцангуй өндөр агууламжийг илрүүлсэн бөгөөд энэ нь хайлах явцад SiC задрал, ялгарсан нүүрстөрөгчийн хромын эффекттэй харилцан үйлчлэлцэж байгааг дахин харуулж байна. . VEA матриц нь давхаргын карбидын фазыг үүсгэдэг. Элементүүдийн тархалт ба матрицын фазын цэгийн шинжилгээ нь матрицын үе шатанд ихэнх кобальт, төмөр, никель, цахиур агуулагддаг болохыг харуулсан.
(a) S-2 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан зураг, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
С-3 нийлмэл материалын SEM судалгаагаар карбид ба матрицын фазуудаас гадна шинэ үе шатууд байгааг илрүүлсэн. Элементийн зураг (Зураг 4в) болон EMF цэгийн шинжилгээ (Зураг 4d) нь шинэ үе шатанд никель, кобальт, цахиураар баялаг болохыг харуулж байна.
(a) S-3 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан зураг, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
С-4 нийлмэлийн SEM ба EMF шинжилгээний үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв. 5. Нийлмэл С-3-д ажиглагдсан гурван үе шатаас гадна бал чулуун зангилаа илэрсэн. Цахиураар баялаг фазын эзлэхүүний хэсэг нь C-3 нийлмэлийнхээс өндөр байна.
(а) S-4 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан зураг, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
S-5 ба S-6 нийлмэл материалын SEM ба EMF спектрийн үр дүнг Зураг 1 ба 2. 6 ба 7-д тус тус үзүүлэв. Цөөн тооны бөмбөрцөгөөс гадна бал чулууны ширхэгүүд бас ажиглагдсан. С-6 нийлмэл дэх графитын ширхэгийн тоо болон цахиур агуулсан фазын эзлэхүүний хувь аль аль нь С-5 нийлмэл материалаас их байна.
(а) С-5 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан харагдац, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
(а) S-6 дээжийн SEM зураг, (б) томруулсан зураг, (в) элементийн зураг, (г) заасан байршилд EMF үр дүн.
HEA нийлмэлүүдийн болор бүтцийн шинж чанарыг мөн XRD хэмжилтийг ашиглан гүйцэтгэсэн. Үр дүнг Зураг 8-д үзүүлэв. Суурийн WEA (S-0)-ийн дифракцийн загварт зөвхөн fcc фазтай тохирох оргилууд харагдана. C-1, C-2, C-3 нийлмэл материалуудын рентген туяа дифракцийн хэв маяг нь хромын карбид (Cr7C3) -д тохирох нэмэлт оргилууд байгааг илрүүлсэн бөгөөд тэдгээрийн эрчим нь С-3 ба С-4 дээжийн хувьд бага байсан. Энэ нь мөн эдгээр дээжийн өгөгдлийн EMF-тэй. S-3 ба S-4 дээжинд Co/Ni силицидтэй тохирох оргилууд ажиглагдсан нь Зураг 2, 3-т үзүүлсэн EDS зураглалын үр дүнтэй дахин нийцэж байна. Зураг 3, Зураг 4-т үзүүлсэн шиг. 5 ба S-6 оргилууд ажиглагдсан. бал чулуутай харгалзах.
Боловсруулсан нийлмэл материалын микро бүтцийн болон талстографийн шинж чанарууд нь нэмсэн SiC-ийн задралыг илтгэнэ. Энэ нь VEA матрицад хром байгаатай холбоотой юм. Хром нь нүүрстөрөгч 54.55-тай маш хүчтэй холбоотой бөгөөд чөлөөт нүүрстөрөгчтэй урвалд орж карбид үүсгэдэг нь матриц дахь хромын агууламж буурсан нь ажиглагдсан. SiC56-ийн диссоциацийн улмаас Si нь fcc үе шатанд шилждэг. Тиймээс үндсэн HEA-д SiC-ийн нэмэгдэл нэмэгдсэн нь карбидын фазын хэмжээ болон бичил бүтэц дэх чөлөөт Si-ийн хэмжээг нэмэгдүүлэхэд хүргэсэн. Энэхүү нэмэлт Si нь бага концентрацид (S-1 ба S-2 нийлмэл материалд) матрицад хуримтлагддаг бол илүү өндөр концентрацид (S-3-аас S-6 нийлмэлүүд) кобальтын нэмэлт хуримтлал үүсгэдэг болохыг тогтоожээ. никель силицид. Шууд синтезийн өндөр температурт калориметрийн аргаар гаргаж авсан Co, Ni силицид үүсэх стандарт энтальпи нь Co2Si, CoSi, CoSi2-ийн хувьд -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 кЖ моль -1 байна. утга нь - 50.6 ± 1.7 ба - Ni2Si болон Ni5Si2-ийн хувьд 45.1 ± 1.4 кЖ моль-157. Эдгээр утгууд нь SiC үүсэх дулаанаас бага байгаа нь Co/Ni силицид үүсэхэд хүргэдэг SiC-ийн диссоциаци нь эрчим хүчний хувьд таатай байгааг харуулж байна. S-5 болон S-6 нийлмэл материалд нэмэлт чөлөөт цахиур агуулагдаж байсан бөгөөд энэ нь цахиур үүсэхээс хэтэрсэн шингэсэн байна. Энэхүү чөлөөт цахиур нь ердийн гангийн графитжилтад хувь нэмэр оруулдаг нь тогтоогдсон58.
HEA-д суурилсан керамикаар бэхжүүлсэн нийлмэл материалын механик шинж чанарыг шахалтын туршилт, хатуулгийн туршилтаар судалдаг. Боловсруулсан нийлмэл материалуудын стресс-дазалтын муруйг Зураг дээр үзүүлэв. 9а, Зураг 9б-д боловсруулсан нийлмэл материалын тодорхой уналтын бат бэх, уналтын бат бэх, хатуулаг, суналтын хоорондох тархалтын графикийг үзүүлэв.
(a) Шахалтын деформацийн муруй ба (б) урсацын тодорхой хүчдэл, ундаргаа бат бэх, хатуулаг ба суналтыг харуулсан тархалтын графикууд. S-5 ба S-6 сорьцууд цутгахад ихээхэн согогтой тул зөвхөн S-0-аас S-4 хүртэлх сорьцуудыг харуулсан гэдгийг анхаарна уу.
Зурагт үзүүлсэн шиг. 9-д, уналтын бат бэх суурь VES (C-0) 136 МПа-аас С-4 нийлмэлийн хувьд 2522 МПа хүртэл нэмэгдсэн. Үндсэн WPP-тэй харьцуулахад S-2 нийлмэл нь 37% орчим эвдрэлд маш сайн суналтыг харуулсан ба уналтын бат бэхийн утгыг (1200 МПа) мэдэгдэхүйц өндөр харуулсан. Энэхүү нийлмэл материалын хүч чадал, уян хатан байдлын маш сайн хослол нь ерөнхий бичил бүтэц сайжирсан, түүний дотор нарийн карбидын ламеллагийн бичил бүтцэд жигд тархсантай холбоотой бөгөөд энэ нь мултрах хөдөлгөөнийг саатуулдаг. С-3 ба С-4 нийлмэл материалын уналтын хүч нь 1925 МПа ба 2522 МПа байна. Эдгээр өндөр ургацын хүчийг цементжүүлсэн карбид ба силицидийн фазын эзлэхүүний их хэмжээгээр тайлбарлаж болно. Гэсэн хэдий ч эдгээр үе шатууд байгаа нь зөвхөн 7% -ийн завсарлагааны суналтыг бий болгосон. CoCrFeNi HEA (S-0) ба S-1 үндсэн нийлмэл материалуудын стресс-хэмжилтийн муруй нь гүдгэр бөгөөд ихэрлэх эффект буюу TRIP59,60 идэвхжиж байгааг харуулж байна. Дээж S-1-тэй харьцуулахад S-2 дээжийн хүчдэл-хүчдэлийн муруй нь ойролцоогоор 10.20%-ийн деформацид хонхор хэлбэртэй байдаг нь хэвийн мултрах гулсалт нь дээжийн хэв гажилтын үндсэн горим юм60,61 . Гэсэн хэдий ч, энэ сорьцын хатуурлын хурд нь их хэмжээний суналтын мужид өндөр хэвээр байгаа бөгөөд илүү их суналтын үед гүдгэрт шилжих шилжилт бас харагдаж байна (хэдийгээр энэ нь тосолгооны шахалтын ачааллын эвдрэлээс үүдэлтэй болохыг үгүйсгэх аргагүй). ). С-3 ба С-4 нийлмэл материалууд нь бичил бүтцэд карбид ба силицидийн илүү их хэмжээний фракц агуулагддаг тул уян хатан чанар нь хязгаарлагдмал байдаг. С-5 ба С-6 нийлмэл материалын дээжийн шахалтын туршилтыг эдгээр нийлмэл дээж дээр цутгахад ихээхэн согог гарсан тул хийгээгүй (10-р зургийг үз).
С-5 ба С-6 нийлмэл материалын дээж дэх цутгах согогийн стереомикрографууд (улаан сумаар тэмдэглэгдсэн).
VEA нийлмэл материалын хатуулгийг хэмжих үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв. 9б. Суурь WEA нь 130±5 HV хатуулагтай, S-1, S-2, S-3, S-4 дээжүүд нь 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV ба хатуулагтай байдаг. 755±20 HV. Хатуулгийн өсөлт нь шахалтын туршилтаас олж авсан уналтын бат бэхийн өөрчлөлттэй сайн тохирч байсан бөгөөд нийлмэл материал дахь хатуу бодисын хэмжээ нэмэгдсэнтэй холбоотой байв. Дээж бүрийн зорилтот найрлагад үндэслэн тооцоолсон тодорхой ургацын хүчийг мөн зурагт үзүүлэв. 9б. Ерөнхийдөө нийлмэл С-2-ийн уналтын бат бэх (1200 МПа), хатуулаг (275 ± 10 HV), эвдрэлийн харьцангуй суналтын (~37%) хамгийн сайн хослол ажиглагдаж байна.
Боловсруулсан нийлмэл материалын уналтын бат бэх ба харьцангуй суналтыг янз бүрийн ангиллын материалтай харьцуулахыг Зураг 11а-д үзүүлэв. Энэ судалгаанд CoCrFeNi дээр суурилсан нийлмэл материалууд нь стрессийн аль ч түвшинд өндөр суналтыг харуулсан байна62. Түүнчлэн энэхүү судалгаанд боловсруулсан HEA нийлмэл материалын шинж чанар нь урсацын бат бэх, суналтын харьцааны графикийн өмнө нь эзгүй байсан бүсэд оршдог болохыг харж болно. Нэмж дурдахад, боловсруулсан нийлмэл материалууд нь бат бөх (277 МПа, 1200 МПа, 1925 МПа ба 2522 МПа) ба суналтын (>60%, 37%, 7.3% ба 6.19%) олон төрлийн хослолтой байдаг. Ургацын бат бэх нь инженерийн дэвшилтэт хэрэглээний материалыг сонгоход чухал хүчин зүйл болдог63,64. Үүнтэй холбогдуулан энэхүү шинэ бүтээлийн HEA нийлмэл материалууд нь уналтын бат бэх ба суналтын гайхалтай хослолыг харуулж байна. Учир нь бага нягтралтай SiC-ийг нэмснээр өндөр өвөрмөц ундаргатай нийлмэл материалууд үүсдэг. 11б-р зурагт үзүүлсэн шиг HEA нийлмэл материалын тодорхой уналтын бат бэх ба суналт нь HEA FCC болон галд тэсвэртэй HEA-тай ижил мужид байна. Боловсруулсан нийлмэл материалын хатуулаг ба уналтын бат бэх нь их хэмжээний металл шилнийхтэй ижил хязгаарт байна65 (Зураг 11c). Массив металл шил (BMS) нь өндөр хатуулаг, уналтын бат бөх чанараараа тодорхойлогддог боловч суналт нь хязгаарлагдмал байдаг66,67. Гэсэн хэдий ч энэ судалгаанд боловсруулсан HEA-ийн зарим нийлмэл материалын хатуулаг, уналтын бат бэх нь мэдэгдэхүйц суналтыг харуулсан. Тиймээс VEA-ийн боловсруулсан нийлмэл материалууд нь янз бүрийн бүтцийн хэрэглээнд зориулагдсан механик шинж чанарын өвөрмөц бөгөөд эрэлттэй хослолтой гэж дүгнэсэн. Механик шинж чанаруудын энэхүү өвөрмөц хослолыг FCC HEA матрицад газар дээр нь үүссэн хатуу карбидын жигд тархалтаар тайлбарлаж болно. Гэсэн хэдий ч хүч чадлын илүү сайн хослолд хүрэх зорилгын хүрээнд керамик фазын нэмэлтээс үүсэх бичил бүтцийн өөрчлөлтийг сайтар судалж, хянаж, S-5 ба S-6 нийлмэл материалд олдсон гэх мэт цутгамал согогоос зайлсхийх хэрэгтэй. уян хатан чанар. хүйс.
Энэхүү судалгааны үр дүнг янз бүрийн бүтцийн материал ба ХЭА-тай харьцуулсан: (а) суналт ба уналтын бат бэх62, (б) урсацын тодорхой хүчдэл ба уян хатан чанар63, (в) уналтын бат бэх ба хатуулаг65.
SiC нэмсэн HEA CoCrFeNi системд суурилсан HEA-керамик нийлмэл цувралын бичил бүтэц, механик шинж чанарыг судалж дараах дүгнэлтийг гаргалаа.
Нуман хайлуулах аргыг ашиглан CoCrFeNi HEA-д SiC нэмснээр өндөр энтропи хайлштай нийлмэл материалыг амжилттай боловсруулж болно.
Нуман хайлах үед SiC задардаг бөгөөд энэ нь карбид, силицид, бал чулууны фазууд үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд тэдгээрийн оршихуй ба эзлэхүүний хэсэг нь үндсэн HEA-д нэмсэн SiC-ийн хэмжээнээс хамаарна.
HEA-ийн нийлмэл материалууд нь урсацын бат бэх, суналтын график дээр өмнө нь эзгүй байсан хэсгүүдэд хамаарах шинж чанаруудтай олон гайхалтай механик шинж чанарыг харуулдаг. 6% SiC ашиглан хийсэн HEA нийлмэлийн уналтын бат бэх нь үндсэн HEA-аас найм дахин их байсан бол уян хатан чанар нь 37% байв.
HEA нийлмэл материалын хатуулаг ба уналтын бат бэх нь задгай металл шилний (BMG) хүрээнд байдаг.
Судалгааны үр дүнд өндөр энтропи хайлштай нийлмэл материалууд нь бүтцийн дэвшилтэт хэрэглээнд металл-механик шинж чанаруудын маш сайн хослолд хүрэх ирээдүйтэй хандлагыг харуулж байна.
Шуудангийн цаг: 2023 оны 7-р сарын 12