సిరామిక్-రీన్ఫోర్స్డ్ HEA-ఆధారిత మిశ్రమాలు మెకానికల్ లక్షణాల యొక్క అద్భుతమైన కలయికను ప్రదర్శిస్తాయి.

CoCrFeNi అనేది అద్భుతమైన డక్టిలిటీ కానీ పరిమిత బలంతో బాగా అధ్యయనం చేయబడిన ముఖ-కేంద్రీకృత క్యూబిక్ (fcc) హై-ఎంట్రోపీ అల్లాయ్ (HEA). ఈ అధ్యయనం యొక్క దృష్టి ఆర్క్ మెల్టింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి వివిధ మొత్తాలలో SiCని జోడించడం ద్వారా అటువంటి HEAల యొక్క బలం మరియు డక్టిలిటీ సమతుల్యతను మెరుగుపరచడం. బేస్ HEA లో క్రోమియం ఉనికిని ద్రవీభవన సమయంలో SiC యొక్క కుళ్ళిపోవడానికి కారణమవుతుందని నిర్ధారించబడింది. అందువల్ల, క్రోమియంతో ఉచిత కార్బన్ యొక్క పరస్పర చర్య క్రోమియం కార్బైడ్‌ల యొక్క సిటు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది, అయితే ఉచిత సిలికాన్ బేస్ HEAలో ద్రావణంలో ఉంటుంది మరియు/లేదా సిలిసైడ్‌లను ఏర్పరచడానికి బేస్ HEAని తయారుచేసే మూలకాలతో సంకర్షణ చెందుతుంది. SiC కంటెంట్ పెరిగేకొద్దీ, మైక్రోస్ట్రక్చర్ దశ క్రింది క్రమంలో మారుతుంది: fcc → fcc + యూటెక్టిక్ → fcc + క్రోమియం కార్బైడ్ రేకులు → fcc + క్రోమియం కార్బైడ్ రేకులు + సిలిసైడ్ → fcc + క్రోమియం కార్బైడ్ రేకులు + గ్రాఫైట్ బల్లిసైడ్ / గ్రాఫైట్ ఫ్లేక్‌లు. సాంప్రదాయిక మిశ్రమాలు మరియు అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలతో పోల్చితే ఏర్పడిన మిశ్రమాలు చాలా విస్తృతమైన యాంత్రిక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి (దిగుబడి బలం 277 MPa నుండి 60% పొడుగుతో 6% పొడుగు వద్ద 2522 MPa వరకు) అభివృద్ధి చేయబడిన కొన్ని అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలు మెకానికల్ లక్షణాల యొక్క అద్భుతమైన కలయికను చూపుతాయి (దిగుబడి బలం 1200 MPa, పొడుగు 37%) మరియు దిగుబడి ఒత్తిడి-పొడుగు రేఖాచిత్రంలో గతంలో సాధించలేని ప్రాంతాలను ఆక్రమించాయి. విశేషమైన పొడుగుతో పాటు, HEA మిశ్రమాల యొక్క కాఠిన్యం మరియు దిగుబడి బలం బల్క్ మెటాలిక్ గ్లాసెస్‌ల పరిధిలోనే ఉంటాయి. అందువల్ల, అధిక-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాల అభివృద్ధి అధునాతన నిర్మాణ అనువర్తనాల కోసం యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క అద్భుతమైన కలయికను సాధించడంలో సహాయపడుతుందని నమ్ముతారు.
లోహశాస్త్రంలో అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమాల అభివృద్ధి అనేది ఒక ఆశాజనకమైన కొత్త భావన. అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలు (HEA) అనేక సందర్భాల్లో భౌతిక మరియు యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క అద్భుతమైన కలయికను చూపించాయి, వీటిలో అధిక ఉష్ణ స్థిరత్వం3,4 సూపర్‌ప్లాస్టిక్ పొడిగింపు5,6 అలసట నిరోధకత7,8 తుప్పు నిరోధకత9,10,11, అద్భుతమైన దుస్తులు నిరోధకత12,13,14 ,15 మరియు ట్రైబోలాజికల్ ప్రాపర్టీస్15 ,16,17 ఎక్కువగా ఉన్నా ఉష్ణోగ్రతలు18,19,20,21,22 మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మెకానికల్ లక్షణాలు23,24,25. HEAలోని మెకానికల్ లక్షణాల అద్భుతమైన కలయిక సాధారణంగా నాలుగు ప్రధాన ప్రభావాలకు ఆపాదించబడుతుంది, అవి అధిక కాన్ఫిగరేషన్ ఎంట్రోపీ26, బలమైన లాటిస్ డిస్టార్షన్27, స్లో డిఫ్యూజన్28 మరియు కాక్‌టెయిల్ ఎఫెక్ట్29. HEAలు సాధారణంగా FCC, BCC మరియు HCP రకాలుగా వర్గీకరించబడతాయి. FCC HEA సాధారణంగా Co, Cr, Fe, Ni మరియు Mn వంటి పరివర్తన మూలకాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు అద్భుతమైన డక్టిలిటీని ప్రదర్శిస్తుంది (తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కూడా25) కానీ తక్కువ బలం. BCC HEA సాధారణంగా W, Mo, Nb, Ta, Ti మరియు V వంటి అధిక సాంద్రత కలిగిన మూలకాలతో కూడి ఉంటుంది మరియు చాలా ఎక్కువ బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది కానీ తక్కువ డక్టిలిటీ మరియు తక్కువ నిర్దిష్ట బలం30.
మెకానికల్ లక్షణాల యొక్క ఉత్తమ కలయికను పొందడానికి మ్యాచింగ్, థర్మోమెకానికల్ ప్రాసెసింగ్ మరియు మూలకాల జోడింపు ఆధారంగా HEA యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చరల్ సవరణ పరిశోధించబడింది. CoCrFeMnNi FCC HEA అధిక-పీడన టోర్షన్ ద్వారా తీవ్రమైన ప్లాస్టిక్ వైకల్యానికి లోనవుతుంది, ఇది కాఠిన్యం (520 HV) మరియు బలం (1950 MPa)లో గణనీయమైన పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది, అయితే నానోక్రిస్టలైన్ మైక్రోస్ట్రక్చర్ (~50 nm) అభివృద్ధి మిశ్రమం పెళుసుగా మారుతుంది. . ట్విన్నింగ్ డక్టిలిటీ (TWIP) మరియు ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ ఇన్‌డ్యూస్డ్ ప్లాస్టిసిటీ (TRIP)ని CoCrFeMnNi HEAలలో చేర్చడం వలన మంచి పని గట్టిదనాన్ని అందజేస్తుంది, దీని ఫలితంగా అధిక తన్యత డక్టిలిటీ ఉంటుంది, అయినప్పటికీ వాస్తవ తన్యత బలం విలువల వ్యయంతో. దిగువన (1124 MPa) 32. షాట్ పీనింగ్‌ని ఉపయోగించి CoCrFeMnNi HEAలో లేయర్డ్ మైక్రోస్ట్రక్చర్ (సన్నని వికృతమైన పొర మరియు వికృతమైన కోర్ కలిగి ఉంటుంది) ఏర్పడటం వలన బలం పెరిగింది, అయితే ఈ మెరుగుదల దాదాపు 700 MPa33కి పరిమితం చేయబడింది. బలం మరియు డక్టిలిటీ యొక్క ఉత్తమ కలయికతో పదార్థాల అన్వేషణలో, నాన్-ఐసోటామిక్ మూలకాల జోడింపులను ఉపయోగించి మల్టీఫేస్ హెచ్‌ఇఎలు మరియు యూటెక్టిక్ హెచ్‌ఇఎల అభివృద్ధి కూడా పరిశోధించబడింది34,35,36,37,38,39,40,41. నిజానికి, యుటెక్టిక్ హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలలో కఠినమైన మరియు మృదువైన దశల యొక్క చక్కటి పంపిణీ బలం మరియు డక్టిలిటీ యొక్క సాపేక్షంగా మెరుగైన కలయికకు దారితీస్తుందని కనుగొనబడింది35,38,42,43.
CoCrFeNi వ్యవస్థ విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడిన సింగిల్-ఫేజ్ FCC హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమం. ఈ వ్యవస్థ తక్కువ మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వేగవంతమైన పని గట్టిపడే లక్షణాలను మరియు అద్భుతమైన డక్టిలిటీని45,46 ప్రదర్శిస్తుంది. ధాన్యం శుద్ధీకరణ25, వైవిధ్య మైక్రోస్ట్రక్చర్49, అవపాతం50,51,52 మరియు పరివర్తన-ప్రేరిత ప్లాస్టిసిటీ (TRIP)53తో సహా దాని తక్కువ బలం (~300 MPa)47,48ని మెరుగుపరచడానికి వివిధ ప్రయత్నాలు చేయబడ్డాయి. తీవ్రమైన పరిస్థితుల్లో కోల్డ్ డ్రాయింగ్ ద్వారా తారాగణం ముఖం-కేంద్రీకృత క్యూబిక్ HEA CoCrFeNi యొక్క గ్రెయిన్ రిఫైన్‌మెంట్ బలాన్ని సుమారు 300 MPa47.48 నుండి 1.2 GPa25కి పెంచుతుంది, అయితే డక్టిలిటీని 60% కంటే ఎక్కువ నుండి 12.6%కి తగ్గిస్తుంది. CoCrFeNi యొక్క HEAకు Al జోడించడం వలన ఒక వైవిధ్య సూక్ష్మ నిర్మాణం ఏర్పడింది, ఇది దాని దిగుబడి బలాన్ని 786 MPaకి మరియు దాని సాపేక్ష పొడుగును సుమారు 22%49కి పెంచింది. CoCrFeNi HEAని Ti మరియు Alతో కలిపి అవక్షేపాలను ఏర్పరచడం ద్వారా అవపాతం బలపడుతుంది, దాని దిగుబడి బలాన్ని 645 MPaకి మరియు పొడుగు 39%51కి పెంచింది. TRIP మెకానిజం (ముఖం-కేంద్రీకృత క్యూబిక్ → హెక్సాహెడ్రల్ మార్టెన్‌సిటిక్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్) మరియు ట్వినింగ్ CoCrFeNi HEA యొక్క తన్యత బలాన్ని 841 MPaకి మరియు విరామ సమయంలో పొడుగును 76%53కి పెంచింది.
బలం మరియు డక్టిలిటీ యొక్క మెరుగైన కలయికను ప్రదర్శించగల అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలను అభివృద్ధి చేయడానికి HEA ముఖ కేంద్రీకృత క్యూబిక్ మ్యాట్రిక్స్‌కు సిరామిక్ రీన్‌ఫోర్స్‌మెంట్‌ను జోడించే ప్రయత్నాలు కూడా చేయబడ్డాయి. అధిక ఎంట్రోపీతో కూడిన మిశ్రమాలు వాక్యూమ్ ఆర్క్ మెల్టింగ్44, మెకానికల్ అల్లాయింగ్45,46,47,48,52,53, స్పార్క్ ప్లాస్మా సింటరింగ్46,51,52, వాక్యూమ్ హాట్ ప్రెస్సింగ్45, హాట్ ఐసోస్టాటిక్ ప్రెస్సింగ్47,48 మరియు సంకలిత ప్రక్రియల అభివృద్ధి, 50. WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 మరియు Y2O351 వంటి కార్బైడ్‌లు, ఆక్సైడ్‌లు మరియు నైట్రైడ్‌లు HEA మిశ్రమాల అభివృద్ధిలో సిరామిక్ రీన్‌ఫోర్స్‌మెంట్‌గా ఉపయోగించబడ్డాయి. బలమైన మరియు మన్నికైన HEA మిశ్రమాన్ని రూపొందించేటప్పుడు మరియు అభివృద్ధి చేసేటప్పుడు సరైన HEA మ్యాట్రిక్స్ మరియు సిరామిక్‌ను ఎంచుకోవడం చాలా ముఖ్యం. ఈ పనిలో, CoCrFeNi మాతృక పదార్థంగా ఎంపిక చేయబడింది. CoCrFeNi HEAకి వివిధ మొత్తాలలో SiC జోడించబడింది మరియు మైక్రోస్ట్రక్చర్, దశ కూర్పు మరియు యాంత్రిక లక్షణాలపై వాటి ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడింది.
అధిక స్వచ్ఛత లోహాలు Co, Cr, Fe, మరియు Ni (99.95 wt %) మరియు SiC పౌడర్ (స్వచ్ఛత 99%, పరిమాణం -400 మెష్) ప్రాథమిక కణాల రూపంలో HEA మిశ్రమాలను రూపొందించడానికి ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించబడ్డాయి. CoCrFeNi HEA యొక్క ఐసోటామిక్ కంపోజిషన్ మొదట అర్ధగోళ నీటి-చల్లబడిన రాగి అచ్చులో ఉంచబడింది, ఆపై గది 3·10-5 mbarకి తరలించబడింది. అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన ఆర్గాన్ వాయువును వినియోగించలేని టంగ్‌స్టన్ ఎలక్ట్రోడ్‌లతో ఆర్క్ మెల్టింగ్‌కు అవసరమైన వాక్యూమ్‌ను సాధించడానికి పరిచయం చేయబడింది. ఫలితంగా వచ్చే కడ్డీలు మంచి సజాతీయతను నిర్ధారించడానికి ఐదుసార్లు విలోమం చేయబడతాయి మరియు మళ్లీ కరిగించబడతాయి. ఫలితంగా వచ్చే ఈక్వియాటోమిక్ CoCrFeNi బటన్‌లకు కొంత మొత్తంలో SiCని జోడించడం ద్వారా వివిధ కంపోజిషన్‌ల యొక్క హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలు తయారు చేయబడ్డాయి, ఇవి ఐదు రెట్లు విలోమం మరియు ప్రతి సందర్భంలో రీమెల్టింగ్ ద్వారా తిరిగి సజాతీయపరచబడ్డాయి. తదుపరి పరీక్ష మరియు క్యారెక్టరైజేషన్ కోసం EDMని ఉపయోగించి ఫలిత మిశ్రమం నుండి అచ్చు వేయబడిన బటన్ కత్తిరించబడింది. ప్రామాణిక మెటాలోగ్రాఫిక్ పద్ధతుల ప్రకారం మైక్రోస్ట్రక్చరల్ అధ్యయనాల కోసం నమూనాలు తయారు చేయబడ్డాయి. మొదట, పరిమాణాత్మక దశ విశ్లేషణ కోసం సాఫ్ట్‌వేర్ లైకా ఇమేజ్ అనాలిసిస్ (LAS ఫేజ్ ఎక్స్‌పర్ట్)తో లైట్ మైక్రోస్కోప్ (లైకా మైక్రోస్కోప్ DM6M) ఉపయోగించి నమూనాలను పరిశీలించారు. దశ విశ్లేషణ కోసం మొత్తం 27,000 µm2 వైశాల్యంతో వేర్వేరు ప్రాంతాల్లో తీసిన మూడు చిత్రాలు ఎంపిక చేయబడ్డాయి. ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) విశ్లేషణ వ్యవస్థతో కూడిన స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (JEOL JSM-6490LA)పై రసాయన కూర్పు విశ్లేషణ మరియు మూలకం పంపిణీ విశ్లేషణతో సహా మరింత వివరణాత్మక సూక్ష్మ నిర్మాణ అధ్యయనాలు జరిగాయి. 0.04° దశల పరిమాణంతో CuKα మూలాన్ని ఉపయోగించి X-రే డిఫ్రాక్షన్ సిస్టమ్ (బ్రూకర్ D2 ఫేజ్ షిఫ్టర్) ఉపయోగించి HEA కాంపోజిట్ యొక్క క్రిస్టల్ స్ట్రక్చర్ యొక్క క్యారెక్టరైజేషన్ ప్రదర్శించబడింది. వికర్స్ మైక్రోహార్డ్‌నెస్ పరీక్షలు మరియు కుదింపు పరీక్షలను ఉపయోగించి HEA మిశ్రమాల యాంత్రిక లక్షణాలపై మైక్రోస్ట్రక్చరల్ మార్పుల ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడింది. కాఠిన్యం పరీక్ష కోసం, ప్రతి నమూనాకు కనీసం 10 ఇండెంటేషన్‌లను ఉపయోగించి 15 సెకన్లకు 500 N లోడ్ వర్తించబడుతుంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద HEA మిశ్రమాల కంప్రెషన్ పరీక్షలు షిమాడ్జు 50KN యూనివర్సల్ టెస్టింగ్ మెషీన్ (UTM)లో 0.001/s ప్రారంభ స్ట్రెయిన్ రేట్‌తో దీర్ఘచతురస్రాకార నమూనాలపై (7 మిమీ × 3 మిమీ × 3 మిమీ) నిర్వహించబడ్డాయి.
హై ఎంట్రోపీ కాంపోజిట్‌లు, ఇకపై S-1 నుండి S-6 వరకు నమూనాలుగా సూచిస్తారు, CoCrFeNi మాతృకకు 3%, 6%, 9%, 12%, 15% మరియు 17% SiC (అన్ని బరువు%) జోడించడం ద్వారా తయారు చేయబడ్డాయి. . వరుసగా. SiC జోడించబడని సూచన నమూనా ఇకపై నమూనా S-0గా సూచించబడుతుంది. అభివృద్ధి చెందిన HEA మిశ్రమాల యొక్క ఆప్టికల్ మైక్రోగ్రాఫ్‌లు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 1, ఇక్కడ, వివిధ సంకలితాల జోడింపు కారణంగా, CoCrFeNi HEA యొక్క సింగిల్-ఫేజ్ మైక్రోస్ట్రక్చర్ వివిధ పదనిర్మాణ శాస్త్రం, పరిమాణాలు మరియు పంపిణీతో అనేక దశలను కలిగి ఉన్న మైక్రోస్ట్రక్చర్‌గా మార్చబడింది. కూర్పులో SiC మొత్తం. ప్రతి దశ మొత్తం LAS ఫేజ్ ఎక్స్‌పర్ట్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ని ఉపయోగించి చిత్ర విశ్లేషణ నుండి నిర్ణయించబడుతుంది. మూర్తి 1కి (ఎగువ కుడివైపు) ఇన్‌సెట్ ఈ విశ్లేషణ కోసం ఒక ఉదాహరణ ప్రాంతాన్ని చూపిస్తుంది, అలాగే ప్రతి ఫేజ్ కాంపోనెంట్‌కు ఏరియా భిన్నాన్ని చూపుతుంది.
అభివృద్ధి చెందిన హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాల ఆప్టికల్ మైక్రోగ్రాఫ్‌లు: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 మరియు (f) C- 6. LAS ఫేజ్ ఎక్స్‌పర్ట్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ని ఉపయోగించి కాంట్రాస్ట్-బేస్డ్ ఇమేజ్ ఫేజ్ విశ్లేషణ ఫలితాల ఉదాహరణను ఇన్‌సెట్ చూపిస్తుంది.
అంజీర్లో చూపిన విధంగా. 1a, C-1 మిశ్రమం యొక్క మాతృక వాల్యూమ్‌ల మధ్య ఏర్పడిన యూటెక్టిక్ మైక్రోస్ట్రక్చర్, ఇక్కడ మాతృక మరియు యుటెక్టిక్ దశల మొత్తం వరుసగా 87.9 ± 0.47% మరియు 12.1% ± 0.51%గా అంచనా వేయబడింది. అంజీర్ 1bలో చూపిన మిశ్రమ (C-2)లో, ఘనీభవన సమయంలో యూటెక్టిక్ ప్రతిచర్య సంకేతాలు లేవు మరియు C-1 మిశ్రమానికి పూర్తిగా భిన్నమైన సూక్ష్మ నిర్మాణం గమనించబడుతుంది. C-2 మిశ్రమం యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చర్ సాపేక్షంగా చక్కగా ఉంటుంది మరియు మ్యాట్రిక్స్ ఫేజ్ (fcc)లో ఏకరీతిలో పంపిణీ చేయబడిన సన్నని ప్లేట్‌లను (కార్బైడ్‌లు) కలిగి ఉంటుంది. మాతృక మరియు కార్బైడ్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నాలు వరుసగా 72 ± 1.69% మరియు 28 ± 1.69%గా అంచనా వేయబడ్డాయి. మాతృక మరియు కార్బైడ్‌తో పాటు, అంజీర్ 1cలో చూపిన విధంగా, C-3 మిశ్రమంలో కొత్త దశ (సిలిసైడ్) కనుగొనబడింది, ఇక్కడ అటువంటి సిలిసైడ్, కార్బైడ్ మరియు మాతృక దశల వాల్యూమ్ భిన్నాలు సుమారు 26.5% ±గా అంచనా వేయబడ్డాయి. 0.41%, 25.9 ± 0.53, మరియు 47.6 ± 0.34, వరుసగా. మరొక కొత్త దశ (గ్రాఫైట్) కూడా C-4 మిశ్రమం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణంలో గమనించబడింది; మొత్తం నాలుగు దశలను గుర్తించారు. గ్రాఫైట్ దశ ఆప్టికల్ ఇమేజ్‌లలో డార్క్ కాంట్రాస్ట్‌తో ప్రత్యేకమైన గ్లోబులర్ ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది చిన్న మొత్తంలో మాత్రమే ఉంటుంది (అంచనా వేయబడిన వాల్యూమ్ భిన్నం 0.6 ± 0.30% మాత్రమే). C-5 మరియు C-6 మిశ్రమాలలో, మూడు దశలు మాత్రమే గుర్తించబడ్డాయి మరియు ఈ మిశ్రమాలలో డార్క్ కాంట్రాస్టింగ్ గ్రాఫైట్ దశ రేకుల రూపంలో కనిపిస్తుంది. కాంపోజిట్ S-5లోని గ్రాఫైట్ రేకులతో పోలిస్తే, కాంపోజిట్ S-6లోని గ్రాఫైట్ రేకులు వెడల్పుగా, పొట్టిగా మరియు మరింత క్రమబద్ధంగా ఉంటాయి. గ్రాఫైట్ కంటెంట్‌లో సంబంధిత పెరుగుదల కూడా C-5 మిశ్రమంలో 14.9 ± 0.85% నుండి C-6 మిశ్రమంలో 17.4 ± 0.55% వరకు గమనించబడింది.
HEA కాంపోజిట్‌లోని ప్రతి దశ యొక్క వివరణాత్మక మైక్రోస్ట్రక్చర్ మరియు రసాయన కూర్పును మరింత పరిశోధించడానికి, SEM ఉపయోగించి నమూనాలను పరిశీలించారు మరియు EMF పాయింట్ విశ్లేషణ మరియు రసాయన మ్యాపింగ్ కూడా నిర్వహించబడ్డాయి. మిశ్రమ C-1 ఫలితాలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 2, ఇక్కడ ప్రధాన మాతృక దశ యొక్క ప్రాంతాలను వేరుచేసే యూటెక్టిక్ మిశ్రమాల ఉనికి స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. మిశ్రమ C-1 యొక్క రసాయన పటం అంజీర్ 2cలో చూపబడింది, ఇక్కడ Co, Fe, Ni మరియు Si లు మాతృక దశలో ఏకరీతిలో పంపిణీ చేయబడటం చూడవచ్చు. అయినప్పటికీ, HEA యొక్క ఇతర మూలకాలతో పోలిస్తే మాతృక దశలో కొద్ది మొత్తంలో Cr కనుగొనబడింది, ఇది Cr మాతృక నుండి వ్యాపించిందని సూచిస్తుంది. SEM ఇమేజ్‌లోని వైట్ యుటెక్టిక్ ఫేజ్ యొక్క కూర్పు క్రోమియం మరియు కార్బన్‌లో సమృద్ధిగా ఉంటుంది, ఇది క్రోమియం కార్బైడ్ అని సూచిస్తుంది. మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లో వివిక్త SiC కణాలు లేకపోవడం, మాతృకలో క్రోమియం యొక్క తక్కువ కంటెంట్ మరియు క్రోమియం-రిచ్ దశలను కలిగి ఉన్న యూటెక్టిక్ మిశ్రమాల ఉనికితో కలిపి, ద్రవీభవన సమయంలో SiC యొక్క పూర్తి కుళ్ళిపోవడాన్ని సూచిస్తుంది. SiC యొక్క కుళ్ళిన ఫలితంగా, సిలికాన్ మాతృక దశలో కరిగిపోతుంది మరియు ఉచిత కార్బన్ క్రోమియంతో సంకర్షణ చెంది క్రోమియం కార్బైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. చూడగలిగినట్లుగా, EMF పద్ధతి ద్వారా కార్బన్ మాత్రమే గుణాత్మకంగా నిర్ణయించబడుతుంది మరియు X- రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలలో లక్షణమైన కార్బైడ్ శిఖరాలను గుర్తించడం ద్వారా దశ నిర్మాణం నిర్ధారించబడింది.
(ఎ) నమూనా S-1 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత చిత్రం, (సి) మూలకం మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
మిశ్రమ C-2 యొక్క విశ్లేషణ అంజీర్లో చూపబడింది. 3. ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీలో కనిపించే మాదిరిగానే, SEM పరీక్ష కేవలం రెండు దశలతో కూడిన చక్కటి నిర్మాణాన్ని వెల్లడించింది, ఒక సన్నని లామెల్లార్ దశ నిర్మాణం అంతటా సమానంగా పంపిణీ చేయబడింది. మాతృక దశ, మరియు యుటెక్టిక్ దశ లేదు. లామెల్లార్ దశ యొక్క మూలకం పంపిణీ మరియు EMF పాయింట్ విశ్లేషణ ఈ దశలో Cr (పసుపు) మరియు C (ఆకుపచ్చ) యొక్క సాపేక్షంగా అధిక కంటెంట్‌ను వెల్లడించింది, ఇది ద్రవీభవన సమయంలో SiC యొక్క కుళ్ళిపోవడాన్ని మరియు క్రోమియం ప్రభావంతో విడుదలైన కార్బన్ యొక్క పరస్పర చర్యను మళ్లీ సూచిస్తుంది. . VEA మాతృక లామెల్లర్ కార్బైడ్ దశను ఏర్పరుస్తుంది. మూలకాల పంపిణీ మరియు మాతృక దశ యొక్క పాయింట్ విశ్లేషణ మాతృక దశలో చాలా కోబాల్ట్, ఇనుము, నికెల్ మరియు సిలికాన్ ఉన్నట్లు చూపించింది.
(ఎ) నమూనా S-2 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత చిత్రం, (సి) మూలకం మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
C-3 మిశ్రమాల SEM అధ్యయనాలు కార్బైడ్ మరియు మ్యాట్రిక్స్ దశలతో పాటు కొత్త దశల ఉనికిని వెల్లడించాయి. ఎలిమెంటల్ మ్యాప్ (Fig. 4c) మరియు EMF పాయింట్ విశ్లేషణ (Fig. 4d) కొత్త దశ నికెల్, కోబాల్ట్ మరియు సిలికాన్‌తో సమృద్ధిగా ఉందని చూపిస్తుంది.
(ఎ) నమూనా S-3 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత చిత్రం, (సి) మూలకం మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
C-4 మిశ్రమం యొక్క SEM మరియు EMF విశ్లేషణ ఫలితాలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 5. మిశ్రమ C-3లో గమనించిన మూడు దశలతో పాటు, గ్రాఫైట్ నోడ్యూల్స్ ఉనికిని కూడా కనుగొనబడింది. సిలికాన్-రిచ్ ఫేజ్ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం కూడా C-3 కాంపోజిట్ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది.
(ఎ) నమూనా S-4 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత చిత్రం, (సి) మూలకం మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
S-5 మరియు S-6 మిశ్రమాల SEM మరియు EMF స్పెక్ట్రా ఫలితాలు వరుసగా బొమ్మలు 1 మరియు 2. 6 మరియు 7లో చూపబడ్డాయి. తక్కువ సంఖ్యలో గోళాలతో పాటు, గ్రాఫైట్ రేకులు ఉండటం కూడా గమనించబడింది. C-6 కాంపోజిట్‌లో గ్రాఫైట్ రేకుల సంఖ్య మరియు సిలికాన్-కలిగిన దశ యొక్క వాల్యూమ్ భిన్నం రెండూ C-5 మిశ్రమం కంటే ఎక్కువగా ఉంటాయి.
(ఎ) నమూనా C-5 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత వీక్షణ, (సి) ఎలిమెంటల్ మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
(ఎ) నమూనా S-6 యొక్క SEM చిత్రం, (బి) విస్తరించిన చిత్రం, (సి) మూలకం మ్యాప్, (డి) సూచించిన స్థానాల్లో EMF ఫలితాలు.
XRD కొలతలను ఉపయోగించి HEA మిశ్రమాల క్రిస్టల్ స్ట్రక్చర్ క్యారెక్టరైజేషన్ కూడా నిర్వహించబడింది. ఫలితం మూర్తి 8లో చూపబడింది. బేస్ WEA (S-0) యొక్క డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలో, fcc దశకు సంబంధించిన శిఖరాలు మాత్రమే కనిపిస్తాయి. C-1, C-2 మరియు C-3 మిశ్రమాల ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు క్రోమియం కార్బైడ్ (Cr7C3)కి సంబంధించిన అదనపు శిఖరాల ఉనికిని వెల్లడించాయి మరియు C-3 మరియు C-4 నమూనాలకు వాటి తీవ్రత తక్కువగా ఉంది. ఈ నమూనాల కోసం డేటా EMFతో కూడా. S-3 మరియు S-4 నమూనాల కోసం Co/Ni సిలిసైడ్‌లకు సంబంధించిన శిఖరాలు గమనించబడ్డాయి, మళ్లీ గణాంకాలు 2 మరియు 3లో చూపిన EDS మ్యాపింగ్ ఫలితాలకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి. మూర్తి 3 మరియు మూర్తి 4. 5 మరియు S-6 శిఖరాలు గమనించబడ్డాయి. గ్రాఫైట్‌కు అనుగుణంగా.
అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమాల యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చరల్ మరియు స్ఫటికాకార లక్షణాలు రెండూ జోడించిన SiC యొక్క కుళ్ళిపోవడాన్ని సూచించాయి. VEA మ్యాట్రిక్స్‌లో క్రోమియం ఉండటం దీనికి కారణం. క్రోమియం కార్బన్ 54.55కి చాలా బలమైన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంది మరియు మాతృక యొక్క క్రోమియం కంటెంట్‌లో గమనించిన తగ్గుదల ద్వారా సూచించబడినట్లుగా, కార్బైడ్‌లను ఏర్పరచడానికి ఉచిత కార్బన్‌తో చర్య జరుపుతుంది. SiC56 యొక్క డిస్సోసియేషన్ కారణంగా Si fcc దశలోకి వెళుతుంది. అందువలన, బేస్ HEAకి SiC చేరికలో పెరుగుదల కార్బైడ్ దశ మొత్తం మరియు మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లో ఉచిత Si మొత్తం పెరుగుదలకు దారితీసింది. ఈ అదనపు Si మాతృకలో తక్కువ సాంద్రతలలో (S-1 మరియు S-2 మిశ్రమాలలో) నిక్షిప్తం చేయబడిందని కనుగొనబడింది, అయితే అధిక సాంద్రతలలో (S-3 నుండి S-6 వరకు మిశ్రమాలు) ఇది అదనపు కోబాల్ట్ నిక్షేపణకు దారితీస్తుంది/. నికెల్ సిలిసైడ్. ప్రత్యక్ష సంశ్లేషణ అధిక-ఉష్ణోగ్రత క్యాలరీమెట్రీ ద్వారా పొందిన Co మరియు Ni సిలిసైడ్‌ల ఏర్పాటు యొక్క ప్రామాణిక ఎంథాల్పీ -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 వరుసగా Co2Si, CoSi మరియు CoSi2, అయితే వీటికి. విలువలు - 50.6 ± Ni2Si మరియు Ni5Si2 కోసం వరుసగా 1.7 మరియు – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157. ఈ విలువలు SiC ఏర్పడే వేడి కంటే తక్కువగా ఉంటాయి, Co/Ni సిలిసైడ్‌ల ఏర్పాటుకు దారితీసే SiC యొక్క విచ్ఛేదనం శక్తివంతంగా అనుకూలంగా ఉంటుందని సూచిస్తుంది. S-5 మరియు S-6 రెండు మిశ్రమాలలో, అదనపు ఉచిత సిలికాన్ ఉంది, ఇది సిలిసైడ్ ఏర్పడటానికి మించి శోషించబడింది. ఈ ఉచిత సిలికాన్ సంప్రదాయ స్టీల్స్‌లో గమనించిన గ్రాఫిటైజేషన్‌కు దోహదం చేస్తుందని కనుగొనబడింది58.
HEA ఆధారంగా అభివృద్ధి చేయబడిన సిరామిక్-రీన్ఫోర్స్డ్ మిశ్రమాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు కుదింపు పరీక్షలు మరియు కాఠిన్య పరీక్షల ద్వారా పరిశోధించబడతాయి. అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమాల ఒత్తిడి-ఒత్తిడి వక్రతలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 9a, మరియు Fig. 9bలో నిర్దిష్ట దిగుబడి బలం, దిగుబడి బలం, కాఠిన్యం మరియు అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమాల పొడుగు మధ్య స్కాటర్‌ప్లాట్ చూపబడింది.
(ఎ) కంప్రెసివ్ స్ట్రెయిన్ వక్రతలు మరియు (బి) నిర్దిష్ట దిగుబడి ఒత్తిడి, దిగుబడి బలం, కాఠిన్యం మరియు పొడుగు చూపే స్కాటర్‌ప్లాట్‌లు. S-5 మరియు S-6 నమూనాలు గణనీయమైన కాస్టింగ్ లోపాలను కలిగి ఉన్నందున, S-0 నుండి S-4 వరకు మాత్రమే నమూనాలు చూపబడతాయని గమనించండి.
అంజీర్లో చూసినట్లుగా. 9, దిగుబడి బలం బేస్ VES (C-0) కోసం 136 MPa నుండి C-4 మిశ్రమానికి 2522 MPaకి పెరిగింది. ప్రాథమిక WPPతో పోలిస్తే, S-2 మిశ్రమం దాదాపు 37% వైఫల్యానికి చాలా మంచి పొడుగును చూపించింది మరియు గణనీయంగా అధిక దిగుబడి బలం విలువలను (1200 MPa) కూడా చూపించింది. ఈ మిశ్రమం యొక్క బలం మరియు డక్టిలిటీ యొక్క అద్భుతమైన కలయిక మొత్తం మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లో మెరుగుదల కారణంగా ఉంది, మైక్రోస్ట్రక్చర్ అంతటా చక్కటి కార్బైడ్ లామెల్లె యొక్క ఏకరీతి పంపిణీతో సహా, ఇది తొలగుట కదలికను నిరోధించగలదని భావిస్తున్నారు. C-3 మరియు C-4 మిశ్రమాల దిగుబడి బలాలు వరుసగా 1925 MPa మరియు 2522 MPa. ఈ అధిక దిగుబడి బలాలను సిమెంటు కార్బైడ్ మరియు సిలిసైడ్ దశల యొక్క అధిక వాల్యూమ్ భిన్నం ద్వారా వివరించవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఈ దశల ఉనికి కూడా 7% విరామ సమయంలో పొడిగింపుకు దారితీసింది. బేస్ కాంపోజిట్స్ CoCrFeNi HEA (S-0) మరియు S-1 యొక్క ఒత్తిడి-స్ట్రెయిన్ వక్రతలు కుంభాకారంగా ఉంటాయి, ఇది జంట ప్రభావం లేదా TRIP59,60 యొక్క క్రియాశీలతను సూచిస్తుంది. నమూనా S-1తో పోలిస్తే, నమూనా S-2 యొక్క ఒత్తిడి-ఒత్తిడి వక్రత సుమారు 10.20% స్ట్రెయిన్ వద్ద పుటాకార ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అంటే సాధారణ తొలగుట స్లిప్ ఈ వైకల్య స్థితిలో నమూనా యొక్క ప్రధాన వైకల్య విధానం. . అయినప్పటికీ, ఈ నమూనాలో గట్టిపడే రేటు పెద్ద స్ట్రెయిన్ పరిధిలో ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు అధిక జాతుల వద్ద కుంభాకారానికి పరివర్తన కూడా కనిపిస్తుంది (ఇది లూబ్రికేటెడ్ కంప్రెసివ్ లోడ్‌ల వైఫల్యం వల్ల జరిగిందని తోసిపుచ్చలేము). ) మైక్రోస్ట్రక్చర్‌లో కార్బైడ్‌లు మరియు సిలిసైడ్‌ల యొక్క అధిక వాల్యూమ్ భిన్నాలు ఉండటం వల్ల C-3 మరియు C-4 మిశ్రమాలు పరిమిత ప్లాస్టిసిటీని మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి. ఈ మిశ్రమాల నమూనాలపై గణనీయమైన కాస్టింగ్ లోపాల కారణంగా C-5 మరియు C-6 మిశ్రమాల నమూనాల కుదింపు పరీక్షలు నిర్వహించబడలేదు (Fig. 10 చూడండి).
C-5 మరియు C-6 మిశ్రమాల నమూనాలలో కాస్టింగ్ లోపాల స్టీరియోమైక్రోగ్రాఫ్‌లు (ఎరుపు బాణాలచే సూచించబడతాయి).
VEA మిశ్రమాల కాఠిన్యాన్ని కొలిచే ఫలితాలు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 9b. బేస్ WEA 130±5 HV కాఠిన్యాన్ని కలిగి ఉంది మరియు S-1, S-2, S-3 మరియు S-4 నమూనాలు 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV మరియు 755 ±20 HV. సంపీడన పరీక్షల నుండి పొందిన దిగుబడి బలంలో మార్పుతో కాఠిన్యం పెరుగుదల మంచి ఒప్పందంలో ఉంది మరియు మిశ్రమంలో ఘనపదార్థాల పరిమాణంలో పెరుగుదలతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. ప్రతి నమూనా యొక్క లక్ష్య కూర్పు ఆధారంగా లెక్కించిన నిర్దిష్ట దిగుబడి బలం కూడా అంజీర్‌లో చూపబడింది. 9b. సాధారణంగా, మిశ్రమ C-2 కోసం దిగుబడి బలం (1200 MPa), కాఠిన్యం (275 ± 10 HV) మరియు వైఫల్యానికి సంబంధిత పొడుగు (~37%) యొక్క ఉత్తమ కలయిక గమనించబడుతుంది.
వివిధ తరగతుల పదార్థాలతో అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమం యొక్క దిగుబడి బలం మరియు సాపేక్ష పొడిగింపు యొక్క పోలిక అంజీర్ 11a లో చూపబడింది. ఈ అధ్యయనంలో CoCrFeNi ఆధారిత మిశ్రమాలు ఏదైనా ఒత్తిడి స్థాయి వద్ద అధిక పొడుగును చూపించాయి62. ఈ అధ్యయనంలో అభివృద్ధి చేయబడిన HEA మిశ్రమాల లక్షణాలు దిగుబడి బలం మరియు పొడిగింపు యొక్క ప్లాట్‌లో గతంలో ఖాళీగా లేని ప్రాంతంలో ఉన్నాయని కూడా చూడవచ్చు. అదనంగా, అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమాలు బలం (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa మరియు 2522 MPa) మరియు పొడుగు (>60%, 37%, 7.3% మరియు 6.19%) యొక్క విస్తృత శ్రేణి కలయికలను కలిగి ఉంటాయి. అధునాతన ఇంజనీరింగ్ అప్లికేషన్స్63,64 కోసం పదార్థాల ఎంపికలో దిగుబడి బలం కూడా ఒక ముఖ్యమైన అంశం. ఈ విషయంలో, ప్రస్తుత ఆవిష్కరణ యొక్క HEA మిశ్రమాలు దిగుబడి బలం మరియు పొడుగు యొక్క అద్భుతమైన కలయికను ప్రదర్శిస్తాయి. ఎందుకంటే తక్కువ సాంద్రత కలిగిన SiCని జోడించడం వలన అధిక నిర్దిష్ట దిగుబడి బలం కలిగిన మిశ్రమాలు ఏర్పడతాయి. HEA మిశ్రమాల నిర్దిష్ట దిగుబడి బలం మరియు పొడుగు అంజీర్ 11bలో చూపిన విధంగా HEA FCC మరియు వక్రీభవన HEA వలె అదే పరిధిలో ఉంటాయి. అభివృద్ధి చెందిన మిశ్రమాల కాఠిన్యం మరియు దిగుబడి బలం భారీ మెటాలిక్ గ్లాసెస్65 (Fig. 11c) కోసం అదే పరిధిలో ఉంటాయి. మాసివ్ మెటాలిక్ గ్లాసెస్ (BMS) అధిక కాఠిన్యం మరియు దిగుబడి బలంతో వర్గీకరించబడతాయి, అయితే వాటి పొడుగు పరిమితం 66,67. అయినప్పటికీ, ఈ అధ్యయనంలో అభివృద్ధి చేయబడిన కొన్ని HEA మిశ్రమాల కాఠిన్యం మరియు దిగుబడి బలం కూడా గణనీయమైన పొడుగును చూపించాయి. అందువల్ల, VEA చే అభివృద్ధి చేయబడిన మిశ్రమాలు వివిధ నిర్మాణాత్మక అనువర్తనాల కోసం యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క ప్రత్యేకమైన మరియు కోరిన కలయికను కలిగి ఉన్నాయని నిర్ధారించబడింది. యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క ఈ ప్రత్యేకమైన కలయికను FCC HEA మ్యాట్రిక్స్‌లో సిటులో ఏర్పడిన హార్డ్ కార్బైడ్‌ల ఏకరీతి వ్యాప్తి ద్వారా వివరించవచ్చు. అయినప్పటికీ, మెరుగైన బలం కలయికను సాధించే లక్ష్యంలో భాగంగా, సిరామిక్ దశల జోడింపు ఫలితంగా ఏర్పడే సూక్ష్మ నిర్మాణ మార్పులను జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేయాలి మరియు S-5 మరియు S-6 మిశ్రమాలలో కనిపించే కాస్టింగ్ లోపాలను నివారించడానికి నియంత్రించాలి మరియు డక్టిలిటీ. లింగం.
ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు వివిధ నిర్మాణ పదార్థాలు మరియు HEAలతో పోల్చబడ్డాయి: (ఎ) పొడుగు వర్సెస్ దిగుబడి బలం62, (బి) నిర్దిష్ట దిగుబడి ఒత్తిడి వర్సెస్ డక్టిలిటీ63 మరియు (సి) దిగుబడి బలం వర్సెస్ కాఠిన్యం65.
SiC చేరికతో HEA CoCrFeNi వ్యవస్థపై ఆధారపడిన HEA-సిరామిక్ మిశ్రమాల శ్రేణి యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చర్ మరియు మెకానికల్ లక్షణాలు అధ్యయనం చేయబడ్డాయి మరియు క్రింది తీర్మానాలు చేయబడ్డాయి:
ఆర్క్ మెల్టింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి CoCrFeNi HEAకి SiCని జోడించడం ద్వారా అధిక ఎంట్రోపీ మిశ్రమం మిశ్రమాలను విజయవంతంగా అభివృద్ధి చేయవచ్చు.
ఆర్క్ ద్రవీభవన సమయంలో SiC కుళ్ళిపోతుంది, ఇది కార్బైడ్, సిలిసైడ్ మరియు గ్రాఫైట్ దశల సిటులో ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది, దీని ఉనికి మరియు వాల్యూమ్ భిన్నం బేస్ HEAకి జోడించిన SiC మొత్తంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
HEA మిశ్రమాలు అనేక అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి, ఇవి దిగుబడి బలం మరియు పొడిగింపు ప్లాట్‌పై గతంలో ఖాళీగా లేని ప్రాంతాలలోకి వస్తాయి. 6 wt% SiCని ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన HEA మిశ్రమం యొక్క దిగుబడి బలం 37% డక్టిలిటీని కొనసాగించేటప్పుడు బేస్ HEA కంటే ఎనిమిది రెట్లు ఎక్కువ.
HEA మిశ్రమాల కాఠిన్యం మరియు దిగుబడి బలం బల్క్ మెటాలిక్ గ్లాసెస్ (BMG) పరిధిలో ఉంటాయి.
అధునాతన నిర్మాణ అనువర్తనాల కోసం మెటల్-మెకానికల్ లక్షణాల యొక్క అద్భుతమైన కలయికను సాధించడానికి అధిక-ఎంట్రోపీ మిశ్రమం మిశ్రమాలు మంచి విధానాన్ని సూచిస్తాయని పరిశోధనలు సూచిస్తున్నాయి.