סעראַמיק-ריינפאָרסט העאַ-באזירט קאַמפּאַזאַץ ויסשטעלונג אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס.

CoCrFeNi איז אַ געזונט-געלערנט פּנים-צענטערעד קוביק (פקק) הויך-ענטראָפּי צומיש (HEA) מיט ויסגעצייכנט דאַקטילאַטי אָבער לימיטעד שטאַרקייט. דער פאָקוס פון דעם לערנען איז אויף ימפּרוווינג די וואָג פון שטאַרקייַט און דאַקטילאַטי פון אַזאַ העאַס דורך אַדינג פאַרשידענע אַמאַונץ פון SiC ניצן די קרייַזבויגן מעלטינג אופֿן. עס איז געגרינדעט אַז די בייַזייַן פון קראָומיאַם אין די באַזע HEA ז די דיקאַמפּאָוזישאַן פון סיק בעשאַס מעלטינג. אזוי, די ינטעראַקשאַן פון פריי טשאַד מיט קראָומיאַם פירט צו די פאָרמירונג פון קראָומיאַם קאַרביידז אין סיטו, בשעת פריי סיליציום בלייבט אין לייזונג אין די באַזע HEA און / אָדער ינטעראַקץ מיט די יסודות וואָס מאַכן די באַזע HEA צו פאָרעם סיליסיידז. ווען די SiC אינהאַלט ינקריסיז, די מיקראָסטרוקטורע פאַסע ענדערונגען אין די פאלגענדע סיקוואַנס: fcc → fcc + eutectic → fcc + קראָומיאַם קאַרבידע פלאַקעס → fcc + קראָומיאַם קאַרבידע פלאַקעס + סיליסידע → fcc + קראָומיאַם קאַרבידע פלאַקעס + סיליסידע + גראַפייט באַללס / גראַפייט פלאַקעס. די ריזאַלטינג קאַמפּאַזאַץ ויסשטעלונג אַ זייער ברייט קייט פון מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס (טראָגן שטאַרקייַט ריינדזשינג פון 277 מפּאַ ביי איבער 60% ילאָנגגיישאַן צו 2522 מפּאַ ביי 6% ילאָנגגיישאַן) קאַמפּערד מיט קאַנווענשאַנאַל אַלויז און הויך ענטראָפּי אַלויז. עטלעכע פון ​​די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַטיז מיט הויך ענטראָפּיע ווייַזן אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס (טראָגן שטאַרקייַט 1200 מפּאַ, ילאָנגגיישאַן 37%) און פאַרנעמען ביז אַהער אַנאַטיינאַבאַל מקומות אויף די טראָגן דרוק-ילאָנגגיישאַן דיאַגראַמע. אין אַדישאַן צו מערקווירדיק ילאָנגגיישאַן, די כאַרדנאַס און טראָגן שטאַרקייַט פון HEA קאַמפּאַזאַץ זענען אין דער זעלביקער קייט ווי פאַרנעם מעטאַלליק ברילן. דעריבער, עס איז געגלויבט אַז די אַנטוויקלונג פון הויך-ענטראָפּי קאַמפּאַזאַץ קענען העלפֿן דערגרייכן אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פֿאַר אַוואַנסירטע סטראַקטשעראַל אַפּלאַקיישאַנז.
די אַנטוויקלונג פון הויך ענטראָפּי אַלויז איז אַ פּראַמאַסינג נייַ באַגריף אין מעטאַללורגי 1,2. הויך ענטראָפּי אַלויז (HEA) האָבן געוויזן אין אַ נומער פון קאַסעס אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​גשמיות און מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס, אַרייַנגערעכנט הויך טערמאַל פעסטקייַט 3,4 סופּערפּלאַסטיק ילאָנגגיישאַן 5, 6 מידקייַט קעגנשטעל 7,8 קעראָוזשאַן קעגנשטעל 9,10,11, ויסגעצייכנט טראָגן קעגנשטעל 12,13,14 ,15 און טריבאָלאָגיקאַל פּראָפּערטיעס15,16,17 אפילו ביי הויך טעמפּעראַטורעס18,19,20,21,22 און מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס בייַ נידעריק טעמפּעראַטורעס23,24,25. די ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס אין HEA איז יוזשאַוואַלי אַטריביאַטאַד צו פיר הויפּט יפעקץ, ניימלי הויך קאַנפיגיעריישאַן ענטראָפּי26, שטאַרק לאַטאַס דיסטאָרשאַן27, פּאַמעלעך דיפיוזשאַן28 און קאָקטייל ווירקונג29. העאַס זענען יוזשאַוואַלי קלאַסאַפייד ווי FCC, BCC און HCP טייפּס. FCC HEA טיפּיקלי כּולל יבערגאַנג עלעמענטן אַזאַ ווי קאָ, קר, פע, ני און מאן און יגזיבאַץ ויסגעצייכנט דאַקטילאַטי (אפילו ביי נידעריק טעמפּעראַטור25) אָבער נידעריק שטאַרקייַט. BCC HEA איז יוזשאַוואַלי קאַמפּאָוזד פון הויך געדיכטקייַט עלעמענטן אַזאַ ווי W, Mo, Nb, Ta, Ti און V און האט זייער הויך שטאַרקייַט אָבער נידעריק דאַקטילאַטי און נידעריק ספּעציפיש שטאַרקייַט30.
די מיקראָסטרוקטוראַל מאָדיפיקאַטיאָן פון HEA באזירט אויף מאַשינינג, טהערמאָמעטשאַניקאַל פּראַסעסינג און די אַדישאַן פון עלעמענטן איז ינוועסטאַגייטאַד צו באַקומען די בעסטער קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס. CoCrFeMnNi FCC HEA איז אונטערטעניק צו שטרענג פּלאַסטיק דיפאָרמיישאַן דורך הויך-דרוק טאָרסיאָן, וואָס פירט צו אַ באַטייטיק פאַרגרעסערן אין כאַרדנאַס (520 הוו) און שטאַרקייַט (1950 מפּאַ), אָבער די אַנטוויקלונג פון אַ נאַנאָקריסטאַללינע מיקראָסטרוקטור (~ 50 נם) מאכט די צומיש קרישלדיק 31 . עס איז געפונען אַז די ינקאָרפּעריישאַן פון טווינינג דוקטילאַטי (TWIP) און טראַנספאָרמאַציע ינדוסט פּלאַסטיסיטי (TRIP) אין CoCrFeMnni HEAs קאַנפערז גוט אַרבעט כאַרדאַנאַביליטי ריזאַלטינג אין הויך טענסאַל דאַקטילאַטי, כאָטש אויף די קאָסט פון פאַקטיש טענסאַל שטאַרקייַט וואַלועס. ונטער (1124 מפּאַ) 32. די פאָרמירונג פון אַ לייערד מיקראָסטרוקטור (באשטייט פון אַ דין דיפאָרמד שיכטע און אַ ונדעפאָרמעד האַרץ) אין די CoCrFeMnNi HEA ניצן שאָס פּינינג ריזאַלטיד אין אַ פאַרגרעסערן אין שטאַרקייַט, אָבער די פֿאַרבעסערונג איז לימיטעד צו וועגן 700 מפּאַ33. אין זוכן פון מאַטעריאַלס מיט דער בעסטער קאָמבינאַציע פון ​​שטאַרקייט און דאַקטילאַטי, די אַנטוויקלונג פון מולטיפאַסע העאַס און יוטעקטיק העאַס ניצן אַדישאַנז פון ניט-יסאָאַטאָמיק עלעמענטן איז אויך ינוועסטאַגייטאַד 34,35,36,37,38,39,40,41. טאקע, עס איז געפונען אַז אַ פיינער פאַרשפּרייטונג פון שווער און ווייך פייזאַז אין יוטעקטיק הויך-ענטראָפּי אַלויז קענען פירן צו אַ לעפיערעך בעסער קאָמבינאַציע פון ​​​​שטאַרקייט און דאַקטיליטי35,38,42,43.
די CoCrFeNi סיסטעם איז אַ וויידלי געלערנט איין-פאַסע FCC הויך-ענטראָפּי צומיש. די סיסטעם יגזיבאַץ שנעל אַרבעט כאַרדאַנינג פּראָפּערטיעס44 און ויסגעצייכנט דאַקטיליטי45,46 ביי ביידע נידעריק און הויך טעמפּעראַטורעס. פאַרשידן פרווון זענען געמאכט צו פֿאַרבעסערן די לעפיערעך נידעריק שטאַרקייַט (~300 מפּאַ) 47,48 אַרייַנגערעכנט קערל ראַפינירטקייַט25, כעטעראַדזשיניאַס מיקראָסטרוקטורע49, אָפּזאַץ 50,51,52 און טראַנספאָרמאַציע-ינדוסט פּלאַסטיסיטי (טריפּ) 53. קערל ראַפינירטקייַט פון געשטאַלט פּנים-צענטערעד קוביק HEA CoCrFeni דורך קאַלט צייכענונג אונטער שטרענג טנאָים ינקריסאַז די שטאַרקייַט פון וועגן 300 MPa47.48 צו 1.2 גפּאַ 25, אָבער ראַדוסאַז די אָנווער פון דאַקטילאַטי פון מער ווי 60% צו 12.6%. די אַדישאַן פון Al צו די HEA פון CoCrFeNi ריזאַלטיד אין די פאָרמירונג פון אַ כעטעראַדזשיניאַס מיקראָסטרוקטור, וואָס געוואקסן זייַן טראָגן שטאַרקייַט צו 786 מפּאַ און זיין קאָרעוו ילאָנגגיישאַן צו וועגן 22% 49. CoCrFeNi HEA איז צוגעגעבן מיט Ti און Al צו פאָרעם פּרעסיפּיטאַטעס, דערמיט פאָרמינג אָפּזאַץ פֿאַרשטאַרקונג, ינקריסינג זייַן טראָגן שטאַרקייַט צו 645 מפּאַ און ילאָנגגיישאַן צו 39% 51. די TRIP מעקאַניזאַם (פּנים-צענטערעד קוביק → העקסאַהעדראַל מאַרטענסיטיק טראַנספאָרמאַציע) און טווינינג געוואקסן די טענסאַל שטאַרקייַט פון CoCrFeNi HEA צו 841 מפּאַ און ילאָנגגיישאַן ביי ברעכן צו 76% 53.
פּרווון זענען אויך געמאכט צו לייגן סעראַמיק ריינפאָרסמאַנט צו די HEA פּנים סענטערד קוביק מאַטריץ צו אַנטוויקלען הויך ענטראָפּי קאַמפּאַזאַץ וואָס קענען ויסשטעלונג אַ בעסער קאָמבינאַציע פון ​​​​שטאַרקייט און דאַקטילאַטי. קאָמפּאָסיטעס מיט הויך ענטראָפּיע זענען פּראַסעסט דורך וואַקוום קרייַזבויגן מעלטינג44, מעטשאַניקאַל אַללויינג45,46,47,48,52,53, אָנצינדן פּלאַזמע סינטערינג46,51,52, וואַקוום הייס דרינגלעך45, הייס יסאָסטאַטיק דרינגלעך47,48 און אַנטוויקלונג פון אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג פּראַסעסאַז43, 50 . קאַרבידעס, אַקסיידז און ניטרידעס אַזאַ ווי WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 און Y2O351 זענען געניצט ווי סעראַמיק ריינפאָרסמאַנט אין דער אַנטוויקלונג פון העאַ קאַמפּאַזאַץ. טשאָאָסינג די רעכט HEA מאַטריץ און סעראַמיק איז ספּעציעל וויכטיק ווען דיזיינינג און דעוועלאָפּינג אַ שטאַרק און דוראַבאַל HEA קאַמפּאַזאַט. אין דעם אַרבעט, CoCrFeNi איז אויסדערוויילט ווי די מאַטריץ מאַטעריאַל. פאַרשידן אַמאַונץ פון SiC זענען צוגעגעבן צו די CoCrFeNi HEA און זייער ווירקונג אויף די מיקראָסטרוקטורע, פאַסע זאַץ און מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס איז געלערנט.
הויך-ריינקייט מעטאַלס ​​קאָו, קר, פע און ני (99.95 ווט%) און סיק פּודער (ריינקייַט 99%, גרייס -400 מעש) אין די פאָרעם פון עלעמענטאַר פּאַרטיקאַלז זענען געניצט ווי רוי מאַטעריאַלס פֿאַר די שאַפונג פון העאַ קאַמפּאַזאַץ. די יסאָאַטאָמיק זאַץ פון די CoCrFeNi HEA איז געווען ערשטער געשטעלט אין אַ העמיספעריקאַל וואַסער-קולד קופּער פורעם, און דער קאַמער איז געווען יוואַקיאַווייטיד צו 3·10-5 מבאַר. הויך ריינקייַט אַרגאַן גאַז איז באַקענענ צו דערגרייכן די וואַקוום פארלאנגט פֿאַר קרייַזבויגן מעלטינג מיט ניט-קאַנסומאַבאַל טאַנגסטאַן ילעקטראָודז. די ריזאַלטינג ינגגאַץ זענען ינווערטיד און רימעלטיד פינף מאל צו ענשור גוט כאָומאַדזשיניאַטי. הויך-ענטראָפּי קאַמפּאַזאַץ פון פאַרשידן קאַמפּאַזישאַנז זענען צוגעגרייט דורך אַדינג אַ זיכער סומע פון ​​סיק צו די ריזאַלטינג עקוויאַטאָמיק CoCrFeNi קנעפּלעך, וואָס זענען שייַעך-כאָומאַדזשאַנייזד דורך פינף-פאַרלייגן ינווערזשאַן און רימעלטינג אין יעדער פאַל. די מאָולדיד קנעפּל פון די ריזאַלטינג קאָמפּאָסיטע איז שנייַדן מיט EDM פֿאַר ווייַטער טעסטינג און כאַראַקטעריזיישאַן. סאַמפּאַלז פֿאַר מיקראָסטראַקטשעראַל שטודיום זענען צוגעגרייט לויט נאָרמאַל מעטאַלאָגראַפיק מעטהאָדס. ערשטער, די סאַמפּאַלז זענען יגזאַמאַנד מיט אַ ליכט מיקראָסקאָפּ (Leica Microscope DM6M) מיט די ווייכווארג Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) פֿאַר קוואַנטיטאַטיווע פאַסע אַנאַליסיס. דריי בילדער גענומען אין פאַרשידענע געביטן מיט אַ גאַנץ שטח פון וועגן 27,000 μm2 זענען אויסגעקליבן פֿאַר פאַסע אַנאַליסיס. ווייַטער דיטיילד מיקראָסטראַקטשעראַל שטודיום, אַרייַנגערעכנט כעמישער זאַץ אַנאַליסיס און עלעמענט פאַרשפּרייטונג אַנאַליסיס, זענען דורכגעקאָכט אויף אַ סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ (JEOL JSM-6490LA) יקוויפּט מיט אַן ענערגיע דיספּערסיוו ספּעקטראַסקאָפּי (עדס) אַנאַליסיס סיסטעם. די כאַראַקטעריזיישאַן פון די קריסטאַל סטרוקטור פון די HEA קאַמפּאַזאַט איז דורכגעקאָכט מיט אַ X-Ray דיפראַקשאַן סיסטעם (Bruker D2 Phase Shifter) ניצן אַ CuKα מקור מיט אַ שריט גרייס פון 0.04 °. די ווירקונג פון מיקראָסטראַקטשעראַל ענדערונגען אויף די מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פון HEA קאַמפּאַזאַץ איז געלערנט מיט Vickers מיקראָהאַרדנעסס טעסץ און קאַמפּרעשאַן טעסץ. פֿאַר די כאַרדנאַס פּרובירן, אַ מאַסע פון ​​500 ן איז געווענדט פֿאַר 15 ס מיט בייַ מינדסטער 10 ינדענטיישאַנז פּער ספּעסאַמאַן. קאַמפּרעשאַן טעסץ פון HEA קאַמפּאַזאַץ אין צימער טעמפּעראַטור זענען דורכגעקאָכט אויף רעקטאַנגגיאַלער ספּעסאַמאַנז (7 מם × 3 מם × 3 מם) אויף אַ Shimadzu 50KN וניווערסאַל טעסטינג מאַשין (UTM) אין אַן ערשט שפּאַנונג קורס פון 0.001 / s.
קאָמפּאָסיטעס מיט הויך ענטראָפּיע, דערנאָך ריפערד צו ווי סאַמפּאַלז S-1 צו S-6, זענען צוגעגרייט דורך אַדינג 3%, 6%, 9%, 12%, 15% און 17% סיק (אַלע לויט וואָג%) צו אַ CoCrFeNi מאַטריץ. . ריספּעקטיוולי. דער רעפֿערענץ מוסטער צו וואָס קיין SiC איז נישט צוגעלייגט איז דערנאָכדעם ריפערד צו ווי מוסטער S-0. אָפּטיש מיקראָגראַפס פון די דעוועלאָפּעד HEA קאַמפּאַזאַץ זענען געוויזן אין פיגס. 1, ווו, רעכט צו דער אַדישאַן פון פאַרשידן אַדאַטיווז, די איין-פאַסע מיקראָסטרוקטורע פון ​​די CoCrFeNi HEA איז פארוואנדלען אין אַ מיקראָסטרוקטור קאַנסיסטינג פון פילע פאַסעס מיט פאַרשידענע מאָרפאָלאָגי, סיזעס און פאַרשפּרייטונג. די סומע פון ​​SiC אין דעם זאַץ. די סומע פון ​​​​יעדער פאַסע איז געווען באשלאסן פון בילד אַנאַליסיס ניצן LAS פאַסע עקספּערט ווייכווארג. די ינסעט צו פיגורע 1 (אויבערשטער רעכט) ווייזט אַ בייַשפּיל געגנט פֿאַר דעם אַנאַליסיס, ווי געזונט ווי די שטח בראָכצאָל פֿאַר יעדער פאַסע קאָמפּאָנענט.
אָפּטיש מיקראָגראַפס פון די דעוועלאָפּעד הויך-ענטראָפּי קאַמפּאַזאַץ: (אַ) C-1, (ב) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 און (f) C- 6. די ינסעט ווייַזן אַ ביישפּיל פון קאַנטראַסט-באזירט בילד פאַסע אַנאַליסיס רעזולטאַטן ניצן די LAS פאַסע עקספּערט ווייכווארג.
ווי געוויזן אין Fig. 1 אַ, אַ יוטעקטיק מיקראָסטרוקטור געשאפן צווישן די מאַטריץ וואַליומז פון די C-1 קאַמפּאַזאַט, ווו די סומע פון ​​​​די מאַטריץ און יוטעקטיק פאַסעס איז עסטימאַטעד ווי 87.9 ± 0.47% און 12.1% ± 0.51%, ריספּעקטיוולי. אין די קאָמפּאָסיטע (C-2) געוויזן אין Fig. 1b, עס זענען קיין וואונדער פון אַ יוטעקטיק אָפּרוף בעשאַס סאָלידיפיקאַטיאָן, און אַ מיקראָסטרוקטור גאָר אַנדערש פון די C-1 קאָמפּאָסיטע איז באמערקט. די מיקראָסטרוקטור פון די C-2 קאַמפּאַזאַט איז לעפיערעך פייַן און באשטייט פון דין פּלאַטעס (קאַרביידז) יונאַפאָרמלי פונאנדערגעטיילט אין די מאַטריץ פאַסע (פקק). די באַנד פראַקשאַנז פון די מאַטריץ און קאַרבידע זענען עסטימאַטעד בייַ 72 ± 1.69% און 28 ± 1.69%, ריספּעקטיוולי. אין אַדישאַן צו די מאַטריץ און קאַרבידע, אַ נייַע פאַסע (סיליסייד) איז געפונען אין די C-3 קאַמפּאַזאַט, ווי געוויזן אין Fig. 0.41%, 25.9 ± 0.53, און 47.6 ± 0.34, ריספּעקטיוולי. אן אנדער נייַע פאַסע (גראַפיטע) איז אויך באמערקט אין די מיקראָסטרוקטורע פון ​​די C-4 קאַמפּאַזאַט; אַ גאַנץ פון פיר פאַסעס זענען יידענאַפייד. די גראַפייט פאַסע האט אַ באַזונדער גלאָובולאַר פאָרעם מיט טונקל קאַנטראַסט אין אָפּטיש בילדער און איז בלויז פאָרשטעלן אין קליין אַמאַונץ (עסטימאַטעד באַנד בראָכצאָל איז בלויז וועגן 0.6 ± 0.30%). אין קאָמפּאָסיטעס C-5 און C-6, בלויז דריי פייזאַז זענען יידענאַפייד, און די טונקל קאַנטראַסטינג גראַפייט פאַסע אין די קאָמפּאָסיטעס אויס אין די פאָרעם פון פלאַקעס. קאַמפּערד צו די גראַפיטע פלאַקעס אין קאָמפּאָסיטע S-5, די גראַפיטע פלאַקעס אין קאָמפּאָסיטע S-6 זענען ברייט, קירצער און מער רעגולער. א קאָראַספּאַנדינג פאַרגרעסערן אין גראַפייט אינהאַלט איז אויך באמערקט פון 14.9 ± 0.85% אין די C-5 קאַמפּאַזאַט צו וועגן 17.4 ± 0.55% אין די C-6 קאַמפּאַזאַט.
צו ווייַטער פאָרשן די דיטיילד מיקראָסטרוקטורע און כעמישער זאַץ פון יעדער פאַסע אין די HEA קאַמפּאַזאַט, סאַמפּאַלז זענען יגזאַמאַנד מיט SEM, און EMF פונט אַנאַליסיס און כעמישער מאַפּינג זענען אויך דורכגעקאָכט. די רעזולטאַטן פֿאַר קאַמפּאַזאַט C-1 זענען געוויזן אין Fig. 2, ווו די בייַזייַן פון יוטעקטיק מיקסטשערז סעפּערייטינג די מקומות פון די הויפּט מאַטריץ פאַסע איז קלאר געזען. די כעמישער מאַפּע פון ​​​​קאָמפּאָסיטע C-1 איז געוויזן אין Fig. 2c, ווו עס קענען זיין געזען אַז קאָו, Fe, Ni און Si זענען יונאַפאָרמלי פונאנדערגעטיילט אין די מאַטריץ פאַסע. אָבער, אַ קליין סומע פון ​​קר איז געפֿונען געוואָרן אין די מאַטריץ פאַסע קאַמפּערד מיט אנדערע יסודות פון די באַזע HEA, סאַגדזשעסטינג אַז קר דיפיוזד אויס פון די מאַטריץ. דער זאַץ פון די ווייַס יוטעקטיק פאַסע אין די סעם בילד איז רייַך אין קראָומיאַם און טשאַד, וואָס ינדיקייץ אַז עס איז קראָומיאַם קאַרבידע. דער אַוועק פון דיסקרעטע סיק פּאַרטיקאַלז אין די מיקראָסטרוקטורע, קאַמביינד מיט די באמערקט נידעריק אינהאַלט פון קראָומיאַם אין די מאַטריץ און די בייַזייַן פון יוטעקטיק מיקסטשערז מיט קראָומיאַם-רייַך פייזאַז, ינדיקייץ די גאַנץ דיקאַמפּאָוזישאַן פון סיק בעשאַס מעלטינג. ווי אַ רעזולטאַט פון די דיקאַמפּאָוזישאַן פון סיק, סיליציום דיסאַלווז אין די מאַטריץ פאַסע, און פריי טשאַד ינטעראַקץ מיט קראָומיאַם צו פאָרעם קראָומיאַם קאַרביידז. ווי קענען זיין געזען, בלויז טשאַד איז קוואַלאַטייטיוולי באשלאסן דורך די EMF אופֿן, און די פאַסע פאָרמירונג איז באשטעטיקט דורך די לעגיטימאַציע פון ​​כאַראַקטעריסטיש קאַרבידע פּיקס אין די X-Ray דיפפראַקשאַן פּאַטערנז.
(אַ) SEM בילד פון מוסטער S-1, (ב) ענלאַרגעד בילד, (C) עלעמענט מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
די אַנאַליסיס פון קאַמפּאַזאַט C-2 איז געוויזן אין Fig. 3. ענלעך צו דער אויסזען אין אָפּטיש מיקראָסקאָפּי, SEM דורכקוק גילוי אַ פייַן סטרוקטור וואָס איז פארפאסט פון בלויז צוויי פייזאַז, מיט דעם בייַזייַן פון אַ דין לאַמעללאַר פאַסע יוואַנלי פונאנדערגעטיילט איבער די סטרוקטור. מאַטריץ פאַסע, און עס איז קיין יוטעקטיק פאַסע. די עלעמענט פאַרשפּרייטונג און EMF פונט אַנאַליסיס פון די לאַמעללאַר פאַסע גילוי אַ לעפיערעך הויך אינהאַלט פון Cr (געל) און C (גרין) אין דעם פאַסע, וואָס ווידער ינדיקייץ די דיקאַמפּאָוזישאַן פון SiC בעשאַס מעלטינג און די ינטעראַקשאַן פון די רעלעאַסעד טשאַד מיט די קראָומיאַם ווירקונג. . די VEA מאַטריץ פארמען אַ לאַמעללאַר קאַרבידע פאַסע. די פאַרשפּרייטונג פון עלעמענטן און פונט אַנאַליסיס פון די מאַטריץ פאַסע געוויזן אַז רובֿ פון די קאָבאַלט, אייַזן, ניקאַל און סיליציום זענען פאָרשטעלן אין די מאַטריץ פאַסע.
(אַ) SEM בילד פון מוסטער S-2, (ב) ענלאַרגעד בילד, (C) עלעמענט מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
SEM שטודיום פון C-3 קאַמפּאַזאַץ אנטפלעקט די בייַזייַן פון נייַע פייזאַז אין אַדישאַן צו די קאַרבידע און מאַטריץ פייזאַז. די עלעמענטאַל מאַפּע (Fig. 4c) און EMF פונט אַנאַליסיס (Fig. 4d) ווייַזן אַז די נייַע פאַסע איז רייַך אין ניקאַל, קאָבאַלט און סיליציום.
(אַ) סעם בילד פון מוסטער S-3, (ב) ענלאַרגעד בילד, (C) עלעמענט מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
די רעזולטאַטן פון די SEM און EMF אַנאַליסיס פון די C-4 קאַמפּאַזאַט זענען געוויזן אין פיגס. 5. אין אַדישאַן צו די דריי פייזאַז באמערקט אין קאָמפּאָסיטע C-3, די בייַזייַן פון גראַפייט נאָדולעס איז אויך געפונען. דער באַנד בראָכצאָל פון די סיליציום-רייַך פאַסע איז אויך העכער ווי אַז פון די C-3 קאַמפּאַזאַט.
(אַ) SEM בילד פון מוסטער S-4, (ב) ענלאַרגעד בילד, (C) עלעמענט מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
די רעזולטאטן פון די SEM און EMF ספּעקטראַ פון קאַמפּאַזאַץ S-5 און S-6 זענען געוויזן אין Figures 1 און 2. 6 און 7, ריספּעקטיוולי. אין דערצו צו אַ קליין נומער פון ספערעס, די בייַזייַן פון גראַפייט פלאַקעס איז אויך באמערקט. ביידע די נומער פון גראַפייט פלאַקעס און די באַנד בראָכצאָל פון די סיליציום-מיט פאַסע אין די C-6 קאַמפּאַזאַט זענען גרעסער ווי אין די C-5 קאַמפּאַזאַט.
(אַ) SEM בילד פון מוסטער C-5, (ב) ענלאַרגעד מיינונג, (C) עלעמענטאַל מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
(אַ) SEM בילד פון מוסטער S-6, (ב) ענלאַרגעד בילד, (C) עלעמענט מאַפּע, (ד) EMF רעזולטאַטן אין אנגעוויזן לאָוקיישאַנז.
קריסטאַל סטרוקטור כאַראַקטעריזיישאַן פון HEA קאַמפּאַזאַץ איז אויך דורכגעקאָכט מיט XRD מעזשערמאַנץ. דער רעזולטאַט איז געוויזן אין פיגורע 8. אין די דיפראַקשאַן מוסטער פון די באַזע וועאַ (S-0), בלויז די פּיקס קאָראַספּאַנדינג צו די פקק פאַסע זענען קענטיק. X-Ray דיפפראַקשאַן פּאַטערנז פון קאַמפּאַזאַץ C-1, C-2 און C-3 אנטפלעקט די בייַזייַן פון נאָך פּיקס קאָראַספּאַנדינג צו קראָומיאַם קאַרבידע (Cr7C3), און זייער ינטענסיטי איז געווען נידעריקער פֿאַר סאַמפּאַלז C-3 און C-4, וואָס ינדיקייץ אַז אויך מיט די דאַטן עמף פֿאַר די סאַמפּאַלז. פּיקס קאָראַספּאַנדינג צו קאָ / ני סיליסיידז זענען באמערקט פֿאַר סאַמפּאַלז S-3 און S-4, ווידער קאָנסיסטענט מיט די EDS מאַפּינג רעזולטאַטן געוויזן אין פיגיערז 2 און 3. ווי געוויזן אין פיגורע 3 און פיגורע 4. 5 און S-6 פּיקס זענען באמערקט קאָראַספּאַנדינג צו גראַפייט.
ביידע מיקראָסטראַקטשעראַל און קריסטאַלאָגראַפיק טשאַראַקטעריסטיקס פון די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַץ האָבן דיקאַמפּאָוזישאַן פון די צוגעגעבן סיק. דאָס איז רעכט צו דעם בייַזייַן פון קראָומיאַם אין די VEA מאַטריץ. קראָומיאַם האט אַ זייער שטאַרק קירבות פֿאַר טשאַד 54.55 און ריאַקץ מיט פריי טשאַד צו פאָרעם קאַרביידז, ווי אנגעוויזן דורך די באמערקט פאַרקלענערן אין די קראָומיאַם אינהאַלט פון די מאַטריץ. סי גייט אין די פקק פאַסע רעכט צו דער דיססאָסיאַטיאָן פון SiC56. אזוי, אַ פאַרגרעסערן אין די אַדישאַן פון SiC צו די באַזע HEA געפירט צו אַ פאַרגרעסערן אין די סומע פון ​​די קאַרבידע פאַסע און די סומע פון ​​פריי סי אין די מיקראָסטרוקטורע. עס איז געפונען אַז דעם נאָך סי איז דאַפּאַזיטיד אין די מאַטריץ ביי נידעריק קאַנסאַנטריישאַנז (אין קאַמפּאַזאַץ S-1 און S-2), בשעת אין העכער קאַנסאַנטריישאַנז (קאָמפּאָסיטעס S-3 צו S-6) עס רעזולטאטן אין נאָך קאָבאַלט דעפּאַזישאַן /. ניקאַל סיליסייד. די סטאַנדאַרט ענטהאַלפּי פון פאָרמירונג פון קאָ און ני סיליסיידז, באקומען דורך דירעקט סינטעז הויך-טעמפּעראַטור קאַלאָרימעטרי, איז -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 קדזש מאָל -1 פֿאַר קאָ2סי, קאָסי און קאָסי2, ריספּעקטיוולי, בשעת די וואַלועס זענען - 50.6 ± 1.7 און - 45.1 ± 1.4 קדזש מאָל-157 פֿאַר Ni2Si און Ni5Si2, ריספּעקטיוולי. די וואַלועס זענען נידעריקער ווי די היץ פון פאָרמירונג פון סיק, וואָס ינדיקייץ אַז די דיססאָסיאַטיאָן פון סיק וואָס פירן צו די פאָרמירונג פון קאָ / ני סיליסיידז איז ענערדזשעטיקלי גינציק. אין ביידע S-5 און S-6 קאַמפּאַזאַץ, נאָך פריי סיליציום איז געווען אַבזאָרבד ווייַטער פון די פאָרמירונג פון סיליסייד. דער פריי סיליציום איז געפונען צו ביישטייערן צו די גראַפיטיזאַטיאָן באמערקט אין קאַנווענשאַנאַל סטילז58.
די מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פון די דעוועלאָפּעד סעראַמיק-ריינפאָרסט קאַמפּאַזאַץ באזירט אויף HEA זענען ינוועסטאַגייטאַד דורך קאַמפּרעשאַן טעסץ און כאַרדנאַס טעסץ. די דרוק-שפּאַנונג קורוועס פון די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַץ זענען געוויזן אין פיגס. 9 אַ, און אין Fig. 9b ווייזט אַ צעוואָרפן פּלאַט צווישן ספּעציפיש טראָגן שטאַרקייַט, טראָגן שטאַרקייַט, כאַרדנאַס, און ילאָנגגיישאַן פון די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַץ.
(אַ) קאַמפּרעסיוו שפּאַנונג קורוועס און (ב) צעוואָרפן פּלאַץ וואָס ווייַזן ספּעציפיש טראָגן דרוק, טראָגן שטאַרקייַט, כאַרדנאַס און ילאָנגגיישאַן. באַמערקונג אַז בלויז ספּעסאַמאַנז S-0 צו S-4 זענען געוויזן, ווייַל ספּעסאַמאַנז S-5 און S-6 אַנטהאַלטן באַטייַטיק קאַסטינג חסרונות.
ווי געזען אין Fig. 9, די טראָגן שטאַרקייַט געוואקסן פון 136 מפּאַ פֿאַר די באַזע VES (C-0) צו 2522 מפּאַ פֿאַר די C-4 קאַמפּאַזאַט. קאַמפּערד מיט די יקערדיק WPP, די S-2 קאַמפּאַזאַט געוויזן אַ זייער גוט ילאָנגגיישאַן צו דורכפאַל פון וועגן 37%, און אויך געוויזן באטייטיק העכער טראָגן שטאַרקייַט וואַלועס (1200 מפּאַ). די ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​​​שטאַרקייט און דאַקטילאַטי פון דעם קאָמפּאָסיטע איז רעכט צו דער פֿאַרבעסערונג אין די קוילעלדיק מיקראָסטרוקטורע, אַרייַנגערעכנט די מונדיר פאַרשפּרייטונג פון פייַן קאַרבידע לאַמעלאַע איבער די מיקראָסטרוקטורע, וואָס איז געריכט צו ינכיבאַט דיסלאָוקיישאַן באַוועגונג. די טראָגן סטרענגקטס פון C-3 און C-4 קאַמפּאַזאַץ זענען 1925 מפּאַ און 2522 מפּאַ, ריספּעקטיוולי. די הויך טראָגן סטרענגקטס קענען זיין דערקלערט דורך די הויך באַנד בראָכצאָל פון סעמענטעד קאַרבידע און סיליסידע פייזאַז. אָבער, די בייַזייַן פון די פייזאַז אויך ריזאַלטיד אין אַ ילאָנגגיישאַן אין ברעכן פון בלויז 7%. די דרוק-שפּאַנונג קורוועס פון די באַזע קאַמפּאַזאַץ CoCrFeNi HEA (S-0) און S-1 זענען קאַנוועקס, וואָס ינדיקייץ אַקטאַוויישאַן פון די צווילינג ווירקונג אָדער TRIP59,60. קאַמפּערד מיט מוסטער S-1, די דרוק-שפּאַנונג ויסבייג פון מוסטער S-2 האט אַ קאָנקאַווע פאָרעם מיט אַ שפּאַנונג פון וועגן 10.20%, וואָס מיטל אַז דער נאָרמאַל דיסלאָוקיישאַן צעטל איז די הויפּט דיפאָרמיישאַן מאָדע פון ​​​​דער מוסטער אין דעם דיפאָרמד שטאַט60,61 . אָבער, די כאַרדאַנינג קורס אין דעם ספּעסאַמאַן בלייבט הויך איבער אַ גרויס שפּאַנונג קייט, און ביי העכער סטריינז איז אויך קענטיק אַ יבערגאַנג צו קאַנוועקסיטי (כאָטש עס קענען ניט זיין רולד אויס אַז דאָס איז רעכט צו דער דורכפאַל פון לובראַקייטיד קאַמפּרעסיוו לאָודז). ). קאָמפּאָסיטעס C-3 און C-4 האָבן בלויז לימיטעד פּלאַסטיסיטי רעכט צו דעם בייַזייַן פון העכער באַנד פראַקשאַנז פון קאַרביידז און סיליסיידז אין די מיקראָסטרוקטורע. קאַמפּרעשאַן טעסץ פון סאַמפּאַלז פון קאַמפּאַזאַץ C-5 און C-6 זענען נישט דורכגעקאָכט רעכט צו באַטייַטיק קאַסטינג חסרונות אויף די סאַמפּאַלז פון קאַמפּאַזאַץ (זען Fig. 10).
סטערעאָמיקראָגראַפס פון קאַסטינג חסרונות (ינדיקאַטעד דורך רויט אַראָוז) אין סאַמפּאַלז פון קאַמפּאַזאַץ C-5 און C-6.
די רעזולטאַטן פון מעסטן די כאַרדנאַס פון VEA קאַמפּאַזאַץ זענען געוויזן אין פיגס. 9ב. די באַזע וועאַ האט אַ כאַרדנאַס פון 130±5 HV, און סאַמפּאַלז S-1, S-2, S-3 און S-4 האָבן כאַרדנאַס וואַלועס פון 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV און 755±20 הוו. די פאַרגרעסערן אין כאַרדנאַס איז געווען אין גוט העסקעם מיט די ענדערונג אין טראָגן שטאַרקייַט באקומען פון קאַמפּרעשאַן טעסץ און איז געווען פארבונדן מיט אַ פאַרגרעסערן אין די סומע פון ​​סאָלידס אין די קאַמפּאַזאַט. די קאַלקיאַלייטיד ספּעציפיש טראָגן שטאַרקייַט באזירט אויף די ציל זאַץ פון יעדער מוסטער איז אויך געוויזן אין Fig. 9ב. אין אַלגעמיין, די בעסטער קאָמבינאַציע פון ​​טראָגן שטאַרקייַט (1200 מפּאַ), כאַרדנאַס (275 ± 10 הוו), און קאָרעוו ילאָנגגיישאַן צו דורכפאַל (~ 37%) איז באמערקט פֿאַר קאָמפּאָסיטע C-2.
פאַרגלייַך פון די טראָגן שטאַרקייַט און קאָרעוו ילאָנגגיישאַן פון די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַט מיט מאַטעריאַלס פון פאַרשידענע קלאסן איז געוויזן אין Fig. 11 אַ. קאָמפּאָסיטעס באזירט אויף CoCrFeNi אין דעם לערנען געוויזן הויך ילאָנגגיישאַן אין קיין געגעבן דרוק מדרגה62. עס קענען אויך זיין געזען אַז די פּראָפּערטיעס פון די HEA קאַמפּאַזאַץ דעוועלאָפּעד אין דעם לערנען ליגן אין די ביז אַהער אַנאַקיאַפּייד געגנט פון די פּלאַנעווען פון טראָגן שטאַרקייַט קעגן ילאָנגגיישאַן. אין דערצו, די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַץ האָבן אַ ברייט קייט פון קאַמבאַניישאַנז פון שטאַרקייט (277 מפּאַ, 1200 מפּאַ, 1925 מפּאַ און 2522 מפּאַ) און ילאָנגגיישאַן (>60%, 37%, 7.3% און 6.19%). טראָגן שטאַרקייַט איז אויך אַ וויכטיק פאַקטאָר אין די סעלעקציע פון ​​מאַטעריאַלס פֿאַר אַוואַנסירטע ינזשעניעריע אַפּלאַקיישאַנז63,64. אין דעם אַכטונג, די HEA קאַמפּאַזאַץ פון די פאָרשטעלן דערפינדונג ווייַזן אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​טראָגן שטאַרקייַט און ילאָנגגיישאַן. דאָס איז ווייַל די אַדישאַן פון נידעריק געדיכטקייַט SiC רעזולטאַטן אין קאַמפּאַזאַץ מיט הויך ספּעציפיש טראָגן שטאַרקייַט. די ספּעציפיש טראָגן שטאַרקייַט און ילאָנגגיישאַן פון העאַ קאַמפּאַזאַץ זענען אין דער זעלביקער קייט ווי העאַ פקק און ראַפראַקטערי העאַ, ווי געוויזן אין פיגורע 11ב. די כאַרדנאַס און טראָגן שטאַרקייַט פון די דעוועלאָפּעד קאַמפּאַזאַץ זענען אין די זעלבע קייט ווי פֿאַר מאַסיוו מעטאַלליק ברילן (Fig. 11c). מאַסיוו מעטאַלליק ברילן (BMS) זענען קעראַקטערייזד דורך הויך כאַרדנאַס און טראָגן שטאַרקייַט, אָבער זייער ילאָנגגיישאַן איז לימיטעד 66,67. אָבער, די כאַרדנאַס און טראָגן שטאַרקייַט פון עטלעכע פון ​​די HEA קאַמפּאַזאַץ דעוועלאָפּעד אין דעם לערנען אויך געוויזן באַטייַטיק ילאָנגגיישאַן. אזוי, עס איז געווען געפונען אַז די קאַמפּאַזאַץ דעוועלאָפּעד דורך VEA האָבן אַ יינציק און געזוכט קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פֿאַר פאַרשידן סטראַקטשעראַל אַפּלאַקיישאַנז. די יינציק קאָמבינאַציע פון ​​מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס קענען זיין דערקלערט דורך די מונדיר דיספּערשאַן פון שווער קאַרביידז געשאפן אין סיטו אין די FCC העאַ מאַטריץ. אָבער, ווי אַ טייל פון דער ציל צו דערגרייכן אַ בעסער קאָמבינאַציע פון ​​שטאַרקייט, מיקראָסטרוקטוראַל ענדערונגען ריזאַלטינג פון די אַדישאַן פון סעראַמיק פייזאַז מוזן זיין קערפאַלי געלערנט און קאַנטראָולד צו ויסמיידן קאַסטינג חסרונות, אַזאַ ווי די געפֿונען אין S-5 און S-6 קאַמפּאַזאַץ, און דאַקטילאַטי. דזשענדער.
די רעזולטאַטן פון דעם לערנען זענען קאַמפּערד מיט פאַרשידן סטראַקטשעראַל מאַטעריאַלס און העאַס: (אַ) ילאָנגגיישאַן קעגן טראָגן שטאַרקייַט62, (ב) ספּעציפיש טראָגן דרוק קעגן דאַקטיליטי63 און (C) טראָגן שטאַרקייַט קעגן כאַרדנאַס65.
די מיקראָסטרוקטורע און מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פון אַ סעריע פון ​​HEA-סעראַמיק קאַמפּאַזאַץ באזירט אויף די HEA CoCrFeNi סיסטעם מיט די אַדישאַן פון SiC זענען געלערנט און די פאלגענדע קאַנקלוזשאַנז זענען ציען:
קאָמפּאָסיטעס מיט הויך ענטראָפּי צומיש קענען זיין הצלחה דעוועלאָפּעד דורך אַדינג SiC צו CoCrFeNi HEA ניצן די קרייַזבויגן מעלטינג אופֿן.
סיק דיקאַמפּאָוזד בעשאַס קרייַזבויגן מעלטינג, וואָס לידינג צו די פאָרמירונג אין סיטו פון קאַרבידע, סיליסידע און גראַפייט פאַסעס, די בייַזייַן און באַנד בראָכצאָל פון וואָס אָפענגען אויף די סומע פון ​​סיק צוגעגעבן צו די באַזע HEA.
HEA קאַמפּאַזאַץ ויסשטעלונג פילע ויסגעצייכנט מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס, מיט פּראָפּערטיעס וואָס פאַלן אין ביז אַהער אַנאַקיאַפּייד געביטן אויף די טראָגן שטאַרקייַט קעגן ילאָנגגיישאַן פּלאַנעווען. די טראָגן שטאַרקייַט פון די HEA קאָמפּאָסיטע געמאכט מיט 6 ווט% סיק איז געווען מער ווי אַכט מאל אַז פון באַזע HEA בשעת מיינטיינינג 37% דאַקטילאַטי.
די כאַרדנאַס און טראָגן שטאַרקייַט פון HEA קאַמפּאַזאַץ זענען אין די קייט פון פאַרנעם מעטאַלליק ברילן (BMG).
די פיינדינגז פֿאָרשלאָגן אַז הויך-ענטראָפּי צומיש קאַמפּאַזאַץ פאָרשטעלן אַ פּראַמאַסינג צוגאַנג צו דערגרייכן אַ ויסגעצייכנט קאָמבינאַציע פון ​​מעטאַל-מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס פֿאַר אַוואַנסירטע סטראַקטשעראַל אַפּלאַקיישאַנז.