CoCrFeNi उत्कृष्ट लचकता तर सीमित शक्तिको साथ राम्रोसँग अध्ययन गरिएको अनुहार-केन्द्रित घन (fcc) उच्च-इन्ट्रोपी मिश्र धातु (HEA) हो। यस अध्ययनको फोकस चाप पिघलने विधि प्रयोग गरी विभिन्न मात्रामा SiC थपेर त्यस्ता HEAs को बल र लचीलापनको सन्तुलन सुधार गर्नमा छ। यो स्थापित भएको छ कि आधार HEA मा क्रोमियमको उपस्थितिले पग्लने क्रममा SiC को विघटन गर्दछ। यसरी, क्रोमियमसँग नि:शुल्क कार्बनको अन्तरक्रियाले क्रोमियम कार्बाइडहरूको स्थिति निर्माणमा निम्त्याउँछ, जबकि फ्रि सिलिकन आधार HEA मा समाधानमा रहन्छ र/वा आधार HEA बनाउने तत्वहरूसँग अन्तरक्रिया गर्दछ जसले सिलिसाइडहरू बनाउँछ। SiC सामग्री बढ्दै जाँदा, माइक्रोस्ट्रक्चर चरण निम्न अनुक्रममा परिवर्तन हुन्छ: fcc → fcc + eutectic → fcc + क्रोमियम कार्बाइड फ्लेक्स → fcc + क्रोमियम कार्बाइड फ्लेक्स + सिलिसाइड → fcc + क्रोमियम कार्बाइड फ्लेक्स + सिलिसाइड + ग्रेफाइट बल / ग्रेफाइट फ्लेक्स। नतिजा हुने कम्पोजिटहरूले पारम्परिक मिश्र र उच्च एन्ट्रोपी मिश्रहरूको तुलनामा मेकानिकल गुणहरूको धेरै विस्तृत दायरा प्रदर्शन गर्दछ (277 MPa बाट 60% लम्बाइमा 2522 MPa सम्मको शक्ति)। विकसित गरिएका केही उच्च एन्ट्रोपी कम्पोजिटहरूले मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन देखाउँछन् (उत्पादन शक्ति 1200 MPa, लम्बाइ 37%) र उपज तनाव-लम्बाइ रेखाचित्रमा पहिले अप्राप्य क्षेत्रहरू ओगटेको छ। उल्लेखनीय विस्तारको अतिरिक्त, HEA कम्पोजिटहरूको कठोरता र उपज बल बल्क मेटालिक चश्माको रूपमा समान दायरामा छन्। त्यसकारण, यो विश्वास गरिन्छ कि उच्च-एन्ट्रोपी कम्पोजिटहरूको विकासले उन्नत संरचनात्मक अनुप्रयोगहरूको लागि मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन प्राप्त गर्न मद्दत गर्न सक्छ।
उच्च एन्ट्रोपी मिश्र धातुको विकास धातु विज्ञान १,२ मा एक आशाजनक नयाँ अवधारणा हो। उच्च एन्ट्रोपी मिश्र (HEA) ले धेरै केसहरूमा भौतिक र मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन देखाएको छ, उच्च थर्मल स्थिरता 3,4 सुपरप्लास्टिक लम्बाइ 5,6 थकान प्रतिरोध7,8 जंग प्रतिरोध9,10,11, उत्कृष्ट पहिरन प्रतिरोध 12,13,14। ,15 र ट्राइबोलोजिकल गुणहरू 15,16,17 उच्च मा पनि तापमान 18,19,20,21,22 र कम तापमानमा यांत्रिक गुणहरू 23,24,25। HEA मा मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन सामान्यतया चार मुख्य प्रभावहरू, अर्थात् उच्च कन्फिगरेसनल एन्ट्रोपी26, बलियो जाली विरूपण27, ढिलो प्रसार28 र ककटेल प्रभाव29 लाई श्रेय दिइन्छ। HEA लाई सामान्यतया FCC, BCC र HCP प्रकारका रूपमा वर्गीकृत गरिन्छ। FCC HEA ले सामान्यतया Co, Cr, Fe, Ni र Mn जस्ता ट्रान्जिसन तत्वहरू समावेश गर्दछ र उत्कृष्ट लचकता (कम तापक्रम25 मा पनि) तर कम शक्ति प्रदर्शन गर्दछ। BCC HEA सामान्यतया W, Mo, Nb, Ta, Ti र V जस्ता उच्च घनत्व तत्वहरू मिलेर बनेको हुन्छ र धेरै उच्च शक्ति तर कम लचकता र कम विशिष्ट शक्ति ३० हुन्छ।
मेशिनिङ, थर्मोमेकानिकल प्रशोधन र तत्वहरूको थपमा आधारित HEA को माइक्रोस्ट्रक्चरल परिमार्जन मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन प्राप्त गर्न अनुसन्धान गरिएको छ। CoCrFeMnNi FCC HEA उच्च-दबाव टोर्सन द्वारा गम्भीर प्लास्टिक विकृतिको अधीनमा छ, जसले कठोरता (520 HV) र शक्ति (1950 MPa) मा उल्लेखनीय वृद्धि निम्त्याउँछ, तर nanocrystalline microstructure (~ 50 nm) को विकासले मिश्र धातुलाई भंगुर बनाउँछ। । ट्विनिङ डक्टलिटी (TWIP) र CoCrFeMnNi HEAs मा ट्रान्सफर्मेसन इन्ड्युस्ड प्लास्टिसिटी (TRIP) को समावेशले वास्तविक तन्य शक्ति मानहरूको खर्चमा भए पनि उच्च तन्य लचीलापनको परिणाम स्वरूप राम्रो कामको कठोरता प्रदान गर्दछ। तल (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA मा शट पिनिङको प्रयोग गरेर स्तरित माइक्रोस्ट्रक्चर (पातलो विकृत तह र एक अपरिवर्तित कोर मिलेर बनेको) को गठनले बलमा वृद्धि गर्यो, तर यो सुधार लगभग 700 MPa33 मा सीमित थियो। बल र लचकताको उत्तम संयोजनको साथ सामग्रीको खोजीमा, गैर-आइसोआटोमिक तत्वहरूको थप प्रयोग गरेर बहु-फेज HEAs र eutectic HEAs को विकास पनि 34,35,36,37,38,39,40,41 अनुसन्धान गरिएको छ। वास्तवमा, यो फेला परेको छ कि eutectic उच्च-एन्ट्रोपी मिश्रहरूमा कडा र नरम चरणहरूको राम्रो वितरणले बल र लचीलापनको अपेक्षाकृत राम्रो संयोजनको नेतृत्व गर्न सक्छ 35,38,42,43।
CoCrFeNi प्रणाली एक व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको एकल-चरण FCC उच्च-एन्ट्रोपी मिश्र धातु हो। यो प्रणालीले कम र उच्च तापक्रममा छिटो काम कडा बनाउने गुणहरू44 र उत्कृष्ट लचकता 45,46 प्रदर्शन गर्दछ। यसको तुलनात्मक रूपमा कम बल (~300 MPa) 47,48 लाई सुधार गर्न विभिन्न प्रयासहरू गरिएका छन् जसमा ग्रेन रिफाइनमेन्ट25, विषम माइक्रोस्ट्रक्चर49, वर्षा 50,51,52 र रूपान्तरण-प्रेरित प्लास्टिसिटी (TRIP) 53 समावेश छ। कास्ट फेस-केन्द्रित क्यूबिक HEA CoCrFeNi को ग्रेन रिफाइनमेन्टले गम्भीर अवस्थाहरूमा चिसो रेखाचित्र द्वारा शक्तिलाई लगभग 300 MPa47.48 बाट 1.2 GPa25 मा बढाउँछ, तर 60% बाट 12.6% मा लचीलापन घटाउँछ। CoCrFeNi को HEA मा Al थप्नुको परिणामस्वरूप एक विषम माइक्रोस्ट्रक्चरको गठन भयो, जसले यसको उत्पादन शक्ति 786 MPa र यसको सापेक्ष लम्बाइ लगभग 22% 49 मा बढ्यो। CoCrFeNi HEA लाई Ti र Al सँग जोडेर अवक्षेपणहरू बनाइयो, जसले गर्दा वर्षालाई बलियो बनाउँदै, यसको उत्पादन शक्ति 645 MPa र लम्बाइ 39% 51 मा बढ्यो। TRIP मेकानिजम (अनुहार-केन्द्रित घन → हेक्सहेड्रल मार्टेन्सिटिक रूपान्तरण) र जुम्ल्याहाले CoCrFeNi HEA को तन्य शक्ति 841 MPa र ब्रेकमा 76% 53 मा विस्तार गर्यो।
उच्च एन्ट्रोपी कम्पोजिटहरू विकास गर्न HEA फेस केन्द्रित क्यूबिक म्याट्रिक्समा सिरेमिक सुदृढीकरण थप्न प्रयासहरू पनि गरिएको छ जसले बल र लचीलापनको राम्रो संयोजन प्रदर्शन गर्न सक्छ। उच्च एन्ट्रोपी भएका कम्पोजिटहरू भ्याकुम आर्क मेल्टिङ ४४, मेकानिकल एलोइङ ४५,४६,४७,४८,५२,५३, स्पार्क प्लाज्मा सिन्टरिङ ४६,५१,५२, भ्याकुम हट प्रेसिङ ४५, हट आइसोस्ट्याटिक प्रेसिङ ४७,४८, डेभलपमेन्टको विकास र ४७,४८। ५०। कार्बाइडहरू, अक्साइडहरू र नाइट्राइडहरू जस्तै WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 र Y2O351 HEA कम्पोजिटहरूको विकासमा सिरेमिक सुदृढीकरणको रूपमा प्रयोग गरिएको छ। बलियो र टिकाउ HEA कम्पोजिट डिजाइन र विकास गर्दा सही HEA म्याट्रिक्स र सिरेमिक छनोट गर्नु विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छ। यस कार्यमा, CoCrFeNi म्याट्रिक्स सामग्रीको रूपमा छनोट गरिएको थियो। CoCrFeNi HEA मा SiC को विभिन्न मात्रा थपियो र माइक्रोस्ट्रक्चर, चरण संरचना, र मेकानिकल गुणहरूमा तिनीहरूको प्रभाव अध्ययन गरियो।
उच्च शुद्धता धातुहरू Co, Cr, Fe, र Ni (99.95 wt%) र SiC पाउडर (शुद्धता 99%, आकार -400 जाल) प्राथमिक कणहरूको रूपमा HEA कम्पोजिटहरू सिर्जना गर्न कच्चा मालको रूपमा प्रयोग गरियो। CoCrFeNi HEA को आइसोएटोमिक संरचनालाई पहिले हेमिस्फेरिकल वाटर-कूल्ड कपर मोल्डमा राखिएको थियो, र त्यसपछि चेम्बरलाई 3·10-5 mbar मा खाली गरियो। उच्च शुद्धता आर्गन ग्यास गैर-उपभोग्य टंगस्टन इलेक्ट्रोडको साथ चाप पग्लनको लागि आवश्यक भ्याकुम प्राप्त गर्न पेश गरिएको छ। राम्रो एकरूपता सुनिश्चित गर्न नतिजा आउने इन्गटहरू उल्टो र पाँच पटक रिमेल गरिन्छ। विभिन्न रचनाहरूको उच्च-एन्ट्रोपी कम्पोजिटहरू परिणामस्वरूप इक्विएटोमिक CoCrFeNi बटनहरूमा निश्चित मात्रामा SiC थपेर तयार पारिएको थियो, जुन प्रत्येक केसमा पाँच-गुना उल्टो र रिमेलिङद्वारा पुन: एकरूप गरिएको थियो। परिणामित कम्पोजिटबाट मोल्ड गरिएको बटन थप परीक्षण र विशेषताको लागि EDM प्रयोग गरेर काटिएको थियो। माइक्रोस्ट्रक्चरल अध्ययनका लागि नमूनाहरू मानक मेटालोग्राफिक विधिहरू अनुसार तयार गरिएको थियो। पहिलो, नमूनाहरू मात्रात्मक चरण विश्लेषणको लागि सफ्टवेयर Leica छवि विश्लेषण (LAS चरण विशेषज्ञ) को साथ हल्का माइक्रोस्कोप (Leica माइक्रोस्कोप DM6M) प्रयोग गरेर जाँच गरियो। लगभग 27,000 µm2 को कुल क्षेत्रफलको साथ विभिन्न क्षेत्रहरूमा लिइएका तीन तस्बिरहरू चरण विश्लेषणको लागि चयन गरिएको थियो। रासायनिक संरचना विश्लेषण र तत्व वितरण विश्लेषण सहित थप विस्तृत माइक्रोस्ट्रक्चरल अध्ययनहरू, ऊर्जा फैलाउने स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) विश्लेषण प्रणालीसँग सुसज्जित स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (JEOL JSM-6490LA) मा गरिएको थियो। HEA कम्पोजिटको क्रिस्टल संरचनाको विशेषता एक्स-रे विवर्तन प्रणाली (Bruker D2 चरण सिफ्टर) को प्रयोग गरेर CuKα स्रोत प्रयोग गरी 0.04° को एक चरण आकारको साथ प्रदर्शन गरिएको थियो। HEA कम्पोजिटहरूको मेकानिकल गुणहरूमा माइक्रोस्ट्रक्चरल परिवर्तनहरूको प्रभाव Vickers microhardness परीक्षण र कम्प्रेसन परीक्षणहरू प्रयोग गरेर अध्ययन गरिएको थियो। कठोरता परीक्षणको लागि, प्रति नमूना कम्तिमा 10 इन्डेन्टेशन प्रयोग गरेर 15 सेकेन्डको लागि 500 N को लोड लागू गरिन्छ। कोठाको तापक्रममा HEA कम्पोजिटहरूको सङ्कुचन परीक्षणहरू आयताकार नमूनाहरू (7 mm × 3 mm × 3 mm) मा Shimadzu 50KN युनिभर्सल टेस्टिङ मेसिन (UTM) मा 0.001/s को प्रारम्भिक तनाव दरमा गरिएको थियो।
उच्च एन्ट्रोपी कम्पोजिटहरू, जसलाई यसपछि S-1 देखि S-6 को नमूनाहरू भनिन्छ, CoCrFeNi म्याट्रिक्समा 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, र 17% SiC (सबै तौल%) थपेर तयार गरिएको थियो। । क्रमशः। सन्दर्भ नमूना जसमा कुनै SiC थपिएको छैन त्यसपछि नमूना S-0 को रूपमा उल्लेख गरिएको छ। विकसित HEA कम्पोजिटहरूको अप्टिकल माइक्रोग्राफहरू चित्रमा देखाइएको छ। 1, जहाँ, विभिन्न additives को थपको कारण, CoCrFeNi HEA को एकल-चरण माइक्रोस्ट्रक्चर विभिन्न आकार विज्ञान, आकार, र वितरण संग धेरै चरणहरु सम्मिलित एक माइक्रोस्ट्रक्चर मा रूपान्तरण भएको थियो। रचनामा SiC को मात्रा। LAS चरण विशेषज्ञ सफ्टवेयर प्रयोग गरेर छवि विश्लेषणबाट प्रत्येक चरणको मात्रा निर्धारण गरिएको थियो। चित्र 1 (माथि दायाँ) को इनसेटले यस विश्लेषणको लागि उदाहरण क्षेत्र, साथै प्रत्येक चरण घटकको लागि क्षेत्र अंश देखाउँछ।
विकसित उच्च-इन्ट्रोपी कम्पोजिटहरूको अप्टिकल माइक्रोग्राफहरू: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 र (f) C- ६। इनसेटले LAS चरण विशेषज्ञ सफ्टवेयर प्रयोग गरेर विपरीत-आधारित छवि चरण विश्लेषण परिणामहरूको उदाहरण देखाउँछ।
अंजीर मा देखाइएको छ। 1a, C-1 कम्पोजिटको म्याट्रिक्स भोल्युमहरू बीच बनाइएको एक युटेटिक माइक्रोस्ट्रक्चर, जहाँ म्याट्रिक्स र युटेक्टिक चरणहरूको मात्रा क्रमशः 87.9 ± 0.47% र 12.1% ± 0.51% अनुमान गरिएको छ। चित्र 1b मा देखाइएको कम्पोजिट (C-2) मा, ठोसीकरणको समयमा युटेटिक प्रतिक्रियाको कुनै संकेत छैन, र C-1 कम्पोजिटको भन्दा पूर्ण रूपमा भिन्न माइक्रोस्ट्रक्चर अवलोकन गरिएको छ। C-2 कम्पोजिटको माइक्रोस्ट्रक्चर अपेक्षाकृत राम्रो छ र म्याट्रिक्स चरण (fcc) मा समान रूपमा वितरित पातलो प्लेटहरू (कार्बाइडहरू) समावेश गर्दछ। म्याट्रिक्स र कार्बाइडको भोल्युम अंशहरू क्रमशः 72 ± 1.69% र 28 ± 1.69% अनुमान गरिएको छ। म्याट्रिक्स र कार्बाइडको अतिरिक्त, C-3 कम्पोजिटमा नयाँ चरण (सिलिसाइड) फेला पर्यो, जस्तै चित्र 1c मा देखाइएको छ, जहाँ त्यस्ता सिलिसाइड, कार्बाइड र म्याट्रिक्स चरणहरूको भोल्युम अंशहरू लगभग 26.5% ± अनुमान गरिएको छ। ०.४१%, २५.९ ± ०.५३, र ४७.६ ± ०.३४, क्रमशः। C-4 कम्पोजिटको माइक्रोस्ट्रक्चरमा अर्को नयाँ चरण (ग्रेफाइट) पनि देखियो; कुल चार चरणहरू पहिचान गरियो। ग्रेफाइट चरणको अप्टिकल छविहरूमा गाढा कन्ट्रास्टको साथ छुट्टै गोलाकार आकार हुन्छ र यो सानो मात्रामा मात्र हुन्छ (अनुमानित मात्रा अंश मात्र ०.६ ± ०.३०% हो)। कम्पोजिट C-5 र C-6 मा, केवल तीन चरणहरू पहिचान गरिएको थियो, र यी कम्पोजिटहरूमा गाढा विरोधाभासी ग्रेफाइट चरण फ्लेक्सको रूपमा देखा पर्दछ। कम्पोजिट S-5 मा ग्रेफाइट फ्लेक्सको तुलनामा, कम्पोजिट S-6 मा ग्रेफाइट फ्लेक्स फराकिलो, छोटो र अधिक नियमित छन्। C-5 कम्पोजिटमा 14.9 ± 0.85% बाट C-6 कम्पोजिटमा लगभग 17.4 ± 0.55% सम्म ग्रेफाइट सामग्रीमा समान वृद्धि पनि देखियो।
HEA कम्पोजिटमा प्रत्येक चरणको विस्तृत सूक्ष्म संरचना र रासायनिक संरचनाको थप अनुसन्धान गर्न, SEM प्रयोग गरेर नमूनाहरू जाँच गरियो, र EMF पोइन्ट विश्लेषण र रासायनिक म्यापिङ पनि प्रदर्शन गरियो। कम्पोजिट C-1 को नतिजा चित्रमा देखाइएको छ। 2, जहाँ मुख्य म्याट्रिक्स चरणको क्षेत्रहरू अलग गर्ने युटेटिक मिश्रणहरूको उपस्थिति स्पष्ट रूपमा देखिएको छ। कम्पोजिट C-1 को रासायनिक नक्सा चित्र 2c मा देखाइएको छ, जहाँ यो देख्न सकिन्छ कि Co, Fe, Ni, र Si समान रूपमा म्याट्रिक्स चरणमा वितरित छन्। यद्यपि, आधार HEA को अन्य तत्वहरूको तुलनामा म्याट्रिक्स चरणमा Cr को सानो मात्रा फेला पर्यो, Cr म्याट्रिक्सबाट बाहिर फैलिएको सुझाव दिन्छ। SEM छविमा सेतो eutectic चरणको संरचना क्रोमियम र कार्बनमा समृद्ध छ, यो क्रोमियम कार्बाइड हो भनेर संकेत गर्दछ। माइक्रोस्ट्रक्चरमा अलग-अलग SiC कणहरूको अनुपस्थिति, म्याट्रिक्समा क्रोमियमको कम सामग्री र क्रोमियम-अमीर चरणहरू भएको युटेटिक मिश्रणहरूको उपस्थितिसँग मिलाएर, पग्लिने क्रममा SiC को पूर्ण विघटनलाई संकेत गर्दछ। SiC को विघटन को परिणाम को रूप मा, सिलिकन म्याट्रिक्स चरण मा विघटन, र मुक्त कार्बन क्रोमियम कार्बाइड बनाउन को लागी क्रोमियम संग अन्तरक्रिया गर्दछ। देख्न सकिन्छ, केवल कार्बन गुणात्मक रूपमा EMF विधि द्वारा निर्धारण गरिएको थियो, र चरण गठन एक्स-रे विवर्तन ढाँचाहरूमा विशेषता कार्बाइड चुचुराहरूको पहिचानद्वारा पुष्टि गरिएको थियो।
(a) नमूना S-1 को SEM छवि, (b) विस्तारित छवि, (c) तत्व नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
कम्पोजिट C-2 को विश्लेषण चित्रमा देखाइएको छ। 3. अप्टिकल माइक्रोस्कोपीमा देखापरेको जस्तै, SEM परीक्षाले केवल दुई चरणहरू मिलेर बनेको राम्रो संरचना प्रकट गर्यो, पातलो ल्यामेलर चरणको उपस्थिति सम्पूर्ण संरचनामा समान रूपमा वितरण गरिएको थियो। म्याट्रिक्स चरण, र त्यहाँ कुनै eutectic चरण छैन। लेमेलर चरणको तत्व वितरण र EMF बिन्दु विश्लेषणले यस चरणमा Cr (पहेंलो) र C (हरियो) को तुलनात्मक रूपमा उच्च सामग्री प्रकट गर्यो, जसले फेरि पग्लने क्रममा SiC को विघटन र क्रोमियम प्रभावसँग जारी कार्बनको अन्तरक्रियालाई संकेत गर्दछ। । VEA म्याट्रिक्स लेमेलर कार्बाइड चरण बनाउँछ। तत्वहरूको वितरण र म्याट्रिक्स चरणको बिन्दु विश्लेषणले देखायो कि अधिकांश कोबाल्ट, फलाम, निकल र सिलिकनहरू म्याट्रिक्स चरणमा अवस्थित छन्।
(a) नमूना S-2 को SEM छवि, (b) विस्तारित छवि, (c) तत्व नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
C-3 कम्पोजिटहरूको SEM अध्ययनहरूले कार्बाइड र म्याट्रिक्स चरणहरूको अतिरिक्त नयाँ चरणहरूको उपस्थिति प्रकट गर्यो। मौलिक नक्सा (चित्र 4c) र EMF बिन्दु विश्लेषण (चित्र 4d) ले नयाँ चरण निकल, कोबाल्ट र सिलिकनमा धनी छ भनेर देखाउँछ।
(a) नमूना S-3 को SEM छवि, (b) विस्तारित छवि, (c) तत्व नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
C-4 कम्पोजिटको SEM र EMF विश्लेषणको नतिजा चित्रमा देखाइएको छ। 5. कम्पोजिट C-3 मा अवलोकन गरिएका तीन चरणहरूको अतिरिक्त, ग्रेफाइट नोड्युलहरूको उपस्थिति पनि फेला पर्यो। सिलिकन-धनी चरणको भोल्युम अंश पनि C-3 कम्पोजिट भन्दा उच्च छ।
(a) नमूना S-4 को SEM छवि, (b) विस्तारित छवि, (c) तत्व नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
कम्पोजिट S-5 र S-6 को SEM र EMF स्पेक्ट्राको नतिजा क्रमशः चित्र 1 र 2. 6 र 7 मा देखाइएको छ। थोरै संख्याका गोलाहरू बाहेक, ग्रेफाइट फ्लेक्सको उपस्थिति पनि देखियो। दुबै ग्रेफाइट फ्लेक्सको संख्या र C-6 कम्पोजिटमा सिलिकन युक्त चरणको भोल्युम अंश C-5 कम्पोजिट भन्दा ठूलो छ।
(a) नमूना C-5 को SEM छवि, (b) विस्तारित दृश्य, (c) मौलिक नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
(a) नमूना S-6 को SEM छवि, (b) विस्तारित छवि, (c) तत्व नक्सा, (d) संकेत गरिएका स्थानहरूमा EMF परिणामहरू।
HEA कम्पोजिटहरूको क्रिस्टल संरचना विशेषता पनि XRD मापन प्रयोग गरेर प्रदर्शन गरिएको थियो। नतिजा चित्र 8 मा देखाइएको छ। आधार WEA (S-0) को विवर्तन ढाँचामा, fcc चरणसँग सम्बन्धित चुचुराहरू मात्र देखिन्छन्। कम्पोजिट C-1, C-2, र C-3 को एक्स-रे विवर्तन ढाँचाहरूले क्रोमियम कार्बाइड (Cr7C3) सँग सम्बन्धित थप चुचुराहरूको उपस्थिति प्रकट गर्यो, र तिनीहरूको तीव्रता नमूनाहरू C-3 र C-4 को लागि कम थियो, जसले संकेत गर्यो। त्यो पनि यी नमूनाहरूको लागि डाटा EMF सँग। S-3 र S-4 नमूनाहरूका लागि Co/Ni सिलिसाइडहरूसँग सम्बन्धित चुचुराहरू अवलोकन गरियो, फेरि चित्र 2 र 3 मा देखाइएको EDS म्यापिङ परिणामहरूसँग मिल्दोजुल्दो। चित्र 3 र चित्र 4 मा देखाइएअनुसार। 5 र S-6 शिखरहरू अवलोकन गरियो। ग्रेफाइट अनुरूप।
दुबै विकसित कम्पोजिटहरूको माइक्रोस्ट्रक्चरल र क्रिस्टलोग्राफिक विशेषताहरूले थपिएको SiC को विघटनलाई संकेत गर्यो। यो VEA म्याट्रिक्स मा क्रोमियम को उपस्थिति को कारण हो। क्रोमियमसँग कार्बन 54.55 को लागि धेरै बलियो सम्बन्ध छ र कार्बाइडहरू बनाउनको लागि फ्री कार्बनसँग प्रतिक्रिया गर्दछ, जस्तै म्याट्रिक्सको क्रोमियम सामग्रीमा देखिएको कमीले संकेत गरेको छ। SiC56 को विच्छेदको कारणले Fcc चरणमा पास हुन्छ। यसरी, आधार HEA मा SiC को थपिएको वृद्धिले कार्बाइड चरणको मात्रा र माइक्रोस्ट्रक्चरमा फ्री Si को मात्रामा वृद्धि गर्यो। यो फेला परेको छ कि यो अतिरिक्त Si कम सांद्रता (कम्पोजिट S-1 र S-2 मा) मा म्याट्रिक्स मा जम्मा गरिएको छ, जबकि उच्च सांद्रता (कम्पोजिट S-3 देखि S-6) मा यसले अतिरिक्त कोबाल्ट निक्षेपमा परिणाम दिन्छ। निकल सिलिसाइड। प्रत्यक्ष संश्लेषण उच्च-तापमान क्यालोरीमेट्री द्वारा प्राप्त Co र Ni सिलिसाइडहरूको गठनको मानक एन्थाल्पी, Co2Si, CoSi र CoSi2 को लागि -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 हो, जबकि यी, मानहरू हुन् - 50.6 ± 1.7 र - Ni2Si र Ni5Si2 को लागि क्रमशः 45.1 ± 1.4 kJ mol-157। यी मानहरू SiC को गठनको ताप भन्दा कम छन्, यसले संकेत गर्दछ कि Co/Ni सिलिसाइडहरूको गठनमा नेतृत्व गर्ने SiC को विभाजन ऊर्जावान रूपमा अनुकूल छ। दुबै S-5 र S-6 कम्पोजिटहरूमा, अतिरिक्त नि: शुल्क सिलिकन उपस्थित थियो, जुन सिलिसाइडको गठन भन्दा बाहिर अवशोषित गरिएको थियो। यो नि: शुल्क सिलिकनले परम्परागत स्टील्स58 मा अवलोकन गरिएको ग्राफिटाइजेशनमा योगदान पुर्याउन पाइयो।
HEA मा आधारित विकसित सिरेमिक-प्रबलित कम्पोजिटहरूको मेकानिकल गुणहरू कम्प्रेसन परीक्षण र कठोरता परीक्षणहरूद्वारा जाँच गरिन्छ। विकसित कम्पोजिटहरूको तनाव-तनाव वक्रहरू चित्रमा देखाइएको छ। 9a, र चित्र 9b मा विशिष्ट उपज बल, उपज बल, कठोरता, र विकसित कम्पोजिटहरूको लम्बाइ बीचको स्क्याटरप्लट देखाउँछ।
(a) कम्प्रेसिभ स्ट्रेन कर्भहरू र (b) विशेष उपज तनाव, उपज बल, कठोरता र लम्बाइ देखाउने स्क्याटरप्लटहरू। ध्यान दिनुहोस् कि नमूनाहरू S-0 देखि S-4 मात्र देखाइएको छ, किनकि नमूनाहरू S-5 र S-6 मा महत्त्वपूर्ण कास्टिङ दोषहरू छन्।
अंजीर मा देखिए जस्तै। 9, आधारभूत VES (C-0) को लागि 136 MPa बाट C-4 कम्पोजिटको लागि 2522 MPa मा उत्पादन शक्ति बढ्यो। आधारभूत WPP को तुलनामा, S-2 कम्पोजिटले लगभग 37% को विफलतामा धेरै राम्रो विस्तार देखायो, र यो पनि उल्लेखनीय रूपमा उच्च उपज शक्ति मानहरू (1200 MPa) देखायो। यस कम्पोजिटको बल र लचकताको उत्कृष्ट संयोजन समग्र माइक्रोस्ट्रक्चरमा सुधारको कारण हो, माइक्रोस्ट्रक्चरमा फाइन कार्बाइड lamellae को समान वितरण सहित, जसले विस्थापन आन्दोलनलाई रोक्ने अपेक्षा गरिएको छ। C-3 र C-4 कम्पोजिटहरूको उपज शक्ति क्रमशः 1925 MPa र 2522 MPa हो। यी उच्च उपज शक्तिहरू सिमेन्ट कार्बाइड र सिलिसाइड चरणहरूको उच्च मात्रा अंशद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यी चरणहरूको उपस्थितिले मात्र 7% को ब्रेकमा लम्बाइको परिणामस्वरूप। बेस कम्पोजिट CoCrFeNi HEA (S-0) र S-1 को तनाव-तनाव वक्रहरू उत्तल छन्, जसले जुम्ल्याहा प्रभाव वा TRIP59,60 को सक्रियता जनाउँछ। नमूना S-1 को तुलनामा, नमूना S-2 को तनाव-तनाव वक्र लगभग 10.20% को तनाव मा एक अवतल आकार छ, जसको मतलब यो विकृत अवस्था मा नमूना को मुख्य विकृति मोड सामान्य विस्थापन पर्ची हो। । यद्यपि, यस नमूनामा कडा हुने दर ठूलो स्ट्रेन दायरामा उच्च रहन्छ, र उच्च स्ट्रेनहरूमा कन्भेक्सिटीमा संक्रमण पनि देखिन्छ (यद्यपि यो लुब्रिकेटेड कम्प्रेसिभ लोडको विफलताको कारणले हो भनेर अस्वीकार गर्न सकिँदैन)। )। कम्पोजिट C-3 र C-4 मा सूक्ष्म संरचनामा कार्बाइड र सिलिसाइडको उच्च मात्राको अंशहरूको उपस्थितिको कारणले मात्र सीमित प्लास्टिसिटी हुन्छ। कम्पोजिटका यी नमूनाहरूमा महत्त्वपूर्ण कास्टिङ दोषहरूको कारणले कम्पोजिट C-5 र C-6 को नमूनाहरूको कम्प्रेसन परीक्षणहरू गरिएन (चित्र 10 हेर्नुहोस्)।
कम्पोजिट C-5 र C-6 को नमूनाहरूमा कास्टिङ दोषहरूको स्टेरियोमाइक्रोग्राफहरू (रातो तीरहरूद्वारा संकेत गरिएको)।
VEA कम्पोजिटहरूको कठोरता नाप्ने नतिजाहरू चित्रहरूमा देखाइएको छ। ९ ख। आधार WEA को कठोरता 130±5 HV छ, र S-1, S-2, S-3 र S-4 को कठोरता मान 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV र 755±20 HV। कठोरतामा वृद्धि कम्प्रेसन परीक्षणबाट प्राप्त उपज शक्तिमा परिवर्तनसँग राम्रो सम्झौतामा थियो र कम्पोजिटमा ठोस मात्रामा भएको वृद्धिसँग सम्बन्धित थियो। प्रत्येक नमूनाको लक्ष्य संरचनाको आधारमा गणना गरिएको विशिष्ट उपज शक्ति पनि चित्रमा देखाइएको छ। ९ ख। सामान्यतया, कम्पोजिट C-2 को लागि उपज शक्ति (1200 MPa), कठोरता (275 ± 10 HV), र विफलतामा सापेक्ष लम्बाइ (~ 37%) को उत्कृष्ट संयोजन अवलोकन गरिन्छ।
विभिन्न वर्गका सामग्रीहरूसँग उत्पादन शक्ति र विकसित कम्पोजिटको सापेक्ष लम्बाइको तुलना चित्र 11a मा देखाइएको छ। यस अध्ययनमा CoCrFeNi मा आधारित कम्पोजिटहरूले कुनै पनि तनाव स्तरमा उच्च विस्तार देखाए। यो पनि देख्न सकिन्छ कि यस अध्ययनमा विकसित HEA कम्पोजिटका गुणहरू उपज शक्ति बनाम लम्बाइको प्लटको अघिल्लो खाली क्षेत्रमा रहेको छ। थप रूपमा, विकसित कम्पोजिटहरूमा बल (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa र 2522 MPa) र लम्बाइ (>60%, 37%, 7.3% र 6.19%) को संयोजनको विस्तृत श्रृंखला छ। उन्नत ईन्जिनियरिङ् अनुप्रयोगहरू63,64 को लागि सामग्रीको छनोटमा उत्पादन शक्ति पनि एक महत्त्वपूर्ण कारक हो। यस सन्दर्भमा, वर्तमान आविष्कारको HEA कम्पोजिटहरूले उत्पादन शक्ति र विस्तारको उत्कृष्ट संयोजन प्रदर्शन गर्दछ। यो किनभने कम घनत्व SiC को थप्दा उच्च विशिष्ट उपज शक्ति संग कम्पोजिट मा परिणाम। HEA कम्पोजिटहरूको विशिष्ट उपज बल र विस्तार HEA FCC र अपवर्तक HEA जस्तै दायरामा छन्, चित्र 11b मा देखाइएको छ। विकसित कम्पोजिटहरूको कठोरता र उपज शक्ति ठूलो धातु चश्माको लागि समान दायरामा छन्65 (चित्र 11c)। विशाल धातु चश्मा (BMS) उच्च कठोरता र उपज शक्ति द्वारा विशेषता हो, तर तिनीहरूको विस्तार सीमित छ66,67 छ। यद्यपि, यस अध्ययनमा विकसित केही HEA कम्पोजिटहरूको कठोरता र उपज शक्तिले पनि महत्त्वपूर्ण विस्तार देखायो। यसरी, यो निष्कर्षमा पुग्यो कि VEA द्वारा विकसित कम्पोजिटहरूमा विभिन्न संरचनात्मक अनुप्रयोगहरूको लागि मेकानिकल गुणहरूको एक अद्वितीय र खोजिएको संयोजन छ। यान्त्रिक गुणहरूको यो अद्वितीय संयोजन FCC HEA म्याट्रिक्समा अवस्थित कडा कार्बाइडहरूको एकसमान फैलावटद्वारा व्याख्या गर्न सकिन्छ। जे होस्, बलको राम्रो संयोजन प्राप्त गर्ने लक्ष्यको एक भागको रूपमा, सिरेमिक चरणहरू थप्ने परिणामस्वरूप माइक्रोस्ट्रक्चरल परिवर्तनहरू सावधानीपूर्वक अध्ययन र नियन्त्रण गरिनु पर्छ कास्टिंग दोषहरूबाट बच्न, जस्तै S-5 र S-6 कम्पोजिटहरूमा फेला परेका, र। लचकता। लिङ्ग।
यस अध्ययनको नतिजाहरू विभिन्न संरचनात्मक सामग्री र HEAs सँग तुलना गरिएको थियो: (a) लम्बाइ बनाम उपज शक्ति62, (b) विशिष्ट उपज तनाव बनाम लचीलापन63 र (c) उपज बल बनाम कठोरता65।
SIC को थपको साथ HEA CoCrFeNi प्रणालीमा आधारित HEA-सिरेमिक कम्पोजिटहरूको श्रृंखलाको माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरू अध्ययन गरिएको छ र निम्न निष्कर्षहरू निकालिएको छ:
उच्च एन्ट्रोपी मिश्र धातु कम्पोजिटहरू चाप पिघलने विधि प्रयोग गरेर CoCrFeNi HEA मा SiC थपेर सफलतापूर्वक विकास गर्न सकिन्छ।
SiC चाप पिघ्ने क्रममा विघटन हुन्छ, जसले कार्बाइड, सिलिसाइड र ग्रेफाइट चरणहरूको स्थितिमा गठन हुन्छ, जसको उपस्थिति र भोल्युम अंश आधार HEA मा थपिएको SiC को मात्रामा निर्भर गर्दछ।
HEA कम्पोजिटहरूले धेरै उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ, गुणहरू जुन उपज शक्ति बनाम लम्बाइ प्लटमा पहिले खाली ठाउँहरूमा पर्छन्। 6 wt% SiC प्रयोग गरी बनाइएको HEA कम्पोजिटको उपज बल आधार HEA को भन्दा आठ गुणा बढी थियो जबकि 37% लचकता कायम राखेको थियो।
HEA कम्पोजिटको कठोरता र उपज बल बल्क मेटालिक चश्मा (BMG) को दायरामा छ।
निष्कर्षहरूले सुझाव दिन्छ कि उच्च-एन्ट्रोपी मिश्र धातुले उन्नत संरचनात्मक अनुप्रयोगहरूको लागि धातु-मेकानिकल गुणहरूको उत्कृष्ट संयोजन प्राप्त गर्नको लागि एक आशाजनक दृष्टिकोण प्रतिनिधित्व गर्दछ।
पोस्ट समय: जुलाई-12-2023