CoCrFeNi jẹ ikẹkọ onigun-oju-oju-oju (fcc) alloy giga-entropy (HEA) pẹlu ductility ti o dara julọ ṣugbọn agbara to lopin. Idojukọ iwadi yii wa lori imudarasi iwọntunwọnsi ti agbara ati ductility ti iru HEA nipa fifi awọn oye oriṣiriṣi SiC kun nipa lilo ọna yo arc. A ti fi idi rẹ mulẹ pe wiwa chromium ni ipilẹ HEA nfa idibajẹ ti SiC nigba yo. Nitorinaa, ibaraenisepo ti erogba ọfẹ pẹlu chromium yori si idasile ipo ti awọn carbide chromium, lakoko ti ohun alumọni ọfẹ wa ni ojutu ni ipilẹ HEA ati / tabi ṣe ajọṣepọ pẹlu awọn eroja ti o jẹ ipilẹ HEA lati ṣe awọn silicides. Bi akoonu SiC ti n pọ si, ipele microstructure yipada ni ọna atẹle: fcc → fcc + eutectic → fcc + chromium carbide flakes → fcc + chromium carbide flakes + silicide → fcc + chromium carbide flakes + silicide + graphite balls / flakes graphite. Awọn akojọpọ abajade ti n ṣe afihan ọpọlọpọ awọn ohun-ini ẹrọ (agbara ikore ti o wa lati 277 MPa ni lori 60% elongation si 2522 MPa ni 6% elongation) ni akawe si awọn ohun elo ti aṣa ati awọn ohun elo entropy giga. Diẹ ninu awọn akojọpọ entropy giga ti o ni idagbasoke ṣe afihan apapo ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ẹrọ (agbara ikore 1200 MPa, elongation 37%) ati gba awọn agbegbe ti a ko le de tẹlẹ lori aworan aapọn-elongation ikore. Ni afikun si elongation iyalẹnu, lile ati agbara ikore ti awọn akojọpọ HEA wa ni iwọn kanna bi awọn gilaasi onirin olopobobo. Nitorinaa, o gbagbọ pe idagbasoke ti awọn akojọpọ entropy giga le ṣe iranlọwọ lati ṣaṣeyọri idapọpọ ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ẹrọ fun awọn ohun elo igbekalẹ ilọsiwaju.
Idagbasoke ti awọn alloy entropy giga jẹ imọran tuntun ti o ni ileri ni metallurgy1,2. Awọn alloy entropy giga (HEA) ti fihan ni nọmba awọn ọran ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ti ara ati ẹrọ, pẹlu iduroṣinṣin igbona giga3,4 superplastic elongation5,6 rirẹ resistance7,8 ipata resistance9,10,11, o tayọ yiya resistance12,13,14 ,15 ati awọn ohun-ini tribological15,16,17 paapaa ni awọn iwọn otutu giga18,19,20,21,22 ati awọn ohun-ini ẹrọ ni kekere awọn iwọn otutu23,24,25. Apapo ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ẹrọ ni HEA nigbagbogbo jẹ idamọ si awọn ipa akọkọ mẹrin, eyun ni atunto entropy26 giga, distortion latissi ti o lagbara27, o lọra diffusion28 ati amulumala effect29. Awọn HEA ni a maa n pin si bi FCC, BCC ati awọn oriṣi HCP. FCC HEA ni igbagbogbo ni awọn eroja iyipada bii Co, Cr, Fe, Ni ati Mn ati ṣafihan ductility ti o dara julọ (paapaa ni iwọn otutu kekere25) ṣugbọn agbara kekere. BCC HEA maa n ni awọn eroja iwuwo giga gẹgẹbi W, Mo, Nb, Ta, Ti ati V ati pe o ni agbara ti o ga pupọ ṣugbọn kekere ductility ati kekere pato agbara30.
Iyipada microstructural ti HEA ti o da lori ẹrọ, sisẹ thermomechanical ati afikun awọn eroja ti ṣe iwadii lati gba apapo ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ẹrọ. CoCrFeMnNi FCC HEA ti tẹriba si ibajẹ ṣiṣu ti o lagbara nipasẹ torsion titẹ-giga, eyiti o yori si ilosoke pataki ninu lile (520 HV) ati agbara (1950 MPa), ṣugbọn idagbasoke ti microstructure nanocrystalline (~ 50 nm) jẹ ki alloy brittle31 . O ti rii pe iṣakojọpọ ti twinning ductility (TWIP) ati iyipada induced plasticity (TRIP) sinu CoCrFeMnNi HEAs n funni ni lile iṣẹ ti o dara ti o mu abajade fifẹ fifẹ giga, botilẹjẹpe laibikita fun awọn iye agbara fifẹ gangan. Ni isalẹ (1124 MPa) 32. Awọn Ibiyi ti a siwa microstructure (ti o ni awọn tinrin dibajẹ Layer ati awọn ẹya aipe mojuto) ni CoCrFeMnNi HEA lilo shot peening yorisi ni ilosoke ninu agbara, sugbon yi ilọsiwaju ti a ni opin si nipa 700 MPa33. Ni wiwa awọn ohun elo pẹlu apapo ti o dara julọ ti agbara ati ductility, idagbasoke ti multiphase HEAs ati eutectic HEAs lilo awọn afikun ti awọn eroja ti kii ṣe isoatomic ti tun ṣe iwadi34,35,36,37,38,39,40,41. Nitootọ, o ti rii pe pinpin ti o dara julọ ti awọn ipele lile ati rirọ ni awọn eutectic ga-entropy alloys le ja si apapọ agbara ti o dara julọ ati ductility35,38,42,43.
Eto CoCrFeNi jẹ ohun elo giga-entropy FCC kan ti a ṣe iwadi lọpọlọpọ. Eto yii ṣe afihan awọn ohun-ini lile lile iṣẹ iyara44 ati ductility ti o dara julọ45,46 ni mejeeji kekere ati awọn iwọn otutu giga. Awọn igbiyanju pupọ ni a ti ṣe lati ni ilọsiwaju agbara kekere rẹ (~ 300 MPa) 47,48 pẹlu isọdọtun ọkà25, microstructure heterogeneous49, ojoriro50,51,52 ati ṣiṣu-induced transformation (TRIP)53. Imudara ọkà ti simẹnti oju-ti dojukọ cubic HEA CoCrFeNi nipasẹ iyaworan tutu labẹ awọn ipo ti o buruju mu agbara lati bii 300 MPa47.48 si 1.2 GPa25, ṣugbọn dinku isonu ti ductility lati diẹ sii ju 60% si 12.6%. Imudara Al si HEA ti CoCrFeNi yorisi ni dida ẹda microstructure orisirisi kan, eyiti o pọ si agbara ikore rẹ si 786 MPa ati elongation ibatan rẹ si bii 22%49. CoCrFeNi HEA ni a ṣafikun pẹlu Ti ati Al lati dagba awọn itusilẹ, nitorinaa n dagba okun ojoriro, jijẹ agbara ikore rẹ si 645 MPa ati elongation si 39%51. Ilana TRIP (cubic ti dojukọ oju → hexahedral martensitic transformation) ati twinning pọ si agbara fifẹ ti CoCrFeNi HEA si 841 MPa ati elongation ni isinmi si 76% 53.
Awọn igbiyanju tun ti ṣe lati ṣafikun imudara seramiki si matrix onigun ti dojukọ oju HEA lati ṣe agbekalẹ awọn akojọpọ entropy giga ti o le ṣafihan apapọ agbara ti o dara julọ ati ductility. Awọn akojọpọ pẹlu entropy giga ti ni ilọsiwaju nipasẹ igbale arc melting44, darí alloying45,46,47,48,52,53, sintering pilasima sintering46,51,52, igbale gbona pressing45, gbona isostatic pressing47,48 ati awọn idagbasoke ti afikun ẹrọ sii lakọkọ43, 50. Carbides, oxides ati nitrides gẹgẹbi WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 ati Y2O351 ti lo bi imuduro seramiki ni idagbasoke awọn akojọpọ HEA. Yiyan matrix HEA ti o tọ ati seramiki jẹ pataki paapaa nigba ti n ṣe apẹrẹ ati idagbasoke akojọpọ HEA ti o lagbara ati ti o tọ. Ninu iṣẹ yii, a yan CoCrFeNi gẹgẹbi ohun elo matrix. Orisirisi awọn oye SiC ni a ṣafikun si CoCrFeNi HEA ati ipa wọn lori microstructure, akopọ alakoso, ati awọn ohun-ini ẹrọ ni a ṣe iwadi.
Awọn irin ti o ga julọ Co, Cr, Fe, and Ni (99.95 wt%) ati SiC lulú (mimọ 99%, iwọn -400 mesh) ni irisi awọn patikulu alakọbẹrẹ ni a lo bi awọn ohun elo aise fun ṣiṣẹda awọn akojọpọ HEA. Iṣakojọpọ isoatomic ti CoCrFeNi HEA ni a kọkọ gbe sinu apẹrẹ bàbà kan ti o tutu ti omi-omi-ikun, ati lẹhinna a ti yọ iyẹwu naa lọ si 3 · 10-5 mbar. Gaasi argon mimọ ti o ga julọ ni a ṣe lati ṣaṣeyọri igbale ti o nilo fun yo arc pẹlu awọn amọna tungsten ti kii ṣe agbara. Abajade ingots ti wa ni inverted ati remelted ni igba marun lati rii daju ti o dara isokan. Awọn akojọpọ entropy giga-giga ti awọn akojọpọ oriṣiriṣi ni a pese sile nipa fifi iye kan kun ti SiC si awọn bọtini equiatomic CoCrFeNi ti abajade, eyiti a tun ṣe isokan nipasẹ ipadasẹhin igba marun ati isọdọtun ni ọran kọọkan. Bọtini apẹrẹ lati inu akojọpọ abajade ti ge ni lilo EDM fun idanwo siwaju ati isọdi. Awọn ayẹwo fun awọn ijinlẹ microstructural ni a pese sile ni ibamu si awọn ọna metallogram boṣewa. Ni akọkọ, awọn ayẹwo ni a ṣe ayẹwo nipa lilo maikirosikopu ina (Leica Microscope DM6M) pẹlu sọfitiwia Leica Aworan Analysis (Las Phase Expert) fun itupalẹ ipele ipele. Awọn aworan mẹta ti o ya ni awọn agbegbe oriṣiriṣi pẹlu agbegbe lapapọ ti o to 27,000 µm2 ni a yan fun itupalẹ alakoso. Siwaju sii awọn ijinlẹ microstructural alaye, pẹlu itupalẹ akojọpọ kemikali ati itupalẹ ipinpin ipin, ni a ṣe lori maikirosikopu elekitironi kan (JEOL JSM-6490LA) ti o ni ipese pẹlu eto itupalẹ spectroscopy agbara (EDS). Ifarabalẹ ti ilana gara ti akopọ HEA ni a ṣe ni lilo eto ipalọlọ X-ray kan (Bruker D2 alakoso shifter) ni lilo orisun CuKα kan pẹlu iwọn igbesẹ ti 0.04°. Ipa ti awọn ayipada microstructural lori awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn akojọpọ HEA ni a ṣe iwadi nipa lilo awọn idanwo microhardness Vickers ati awọn idanwo funmorawon. Fun idanwo líle, fifuye 500 N ni a lo fun awọn iṣẹju 15 ni lilo o kere ju 10 indentations fun apẹrẹ kan. Awọn idanwo funmorawon ti awọn akojọpọ HEA ni iwọn otutu yara ni a ṣe lori awọn apẹẹrẹ onigun mẹrin (7 mm × 3 mm × 3 mm) lori ẹrọ idanwo gbogbo agbaye Shimadzu 50KN (UTM) ni oṣuwọn igara akọkọ ti 0.001/s.
Awọn akojọpọ entropy giga, lẹhinna tọka si bi awọn apẹẹrẹ S-1 si S-6, ni a pese sile nipasẹ fifi 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, ati 17% SiC (gbogbo nipasẹ iwuwo%) si matrix CoCrFeNi . lẹsẹsẹ. Apeere itọkasi eyiti ko si SiC ti a ṣafikun ni atẹle yii tọka si bi apẹẹrẹ S-0. Awọn micrographs opitika ti awọn akojọpọ HEA ti o dagbasoke ni a fihan ni Awọn ọpọtọ. 1, nibiti, nitori afikun ti awọn oriṣiriṣi awọn afikun, awọn microstructure-ọkan-ọkan ti CoCrFeNi HEA ti yipada si microstructure ti o ni ọpọlọpọ awọn ipele ti o ni iyatọ, titobi, ati pinpin. Awọn iye ti SiC ni tiwqn. Iye ipele kọọkan ni a pinnu lati itupalẹ aworan nipa lilo sọfitiwia Alakoso Alakoso LAS. Awọn inset to Figure 1 (oke ọtun) fihan ohun apẹẹrẹ agbegbe fun yi onínọmbà, bi daradara bi awọn agbegbe ida fun kọọkan apakan alakoso.
Awọn micrographs opitika ti idagbasoke awọn akojọpọ giga-entropy: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 ati (f) C- 6. Awọn inset fihan ẹya apẹẹrẹ ti itansan-orisun image onínọmbà esi nipa lilo awọn LAS Alakoso amoye.
Bi o han ni ọpọtọ. 1a, microstructure eutectic kan ti a ṣẹda laarin awọn iwọn matrix ti apapo C-1, nibiti iye matrix ati awọn ipele eutectic jẹ ifoju bi 87.9 ± 0.47% ati 12.1% ± 0.51%, lẹsẹsẹ. Ninu akojọpọ (C-2) ti o han ni aworan 1b, ko si awọn ami ti iṣesi eutectic lakoko imuduro, ati pe a ṣe akiyesi microstructure patapata ti o yatọ si ti akojọpọ C-1. Awọn microstructure ti C-2 composite jẹ jo itanran ati ki o oriširiši tinrin farahan (carbides) iṣọkan pin ni matrix alakoso (fcc). Awọn ida iwọn didun ti matrix ati carbide ni ifoju ni 72 ± 1.69% ati 28 ± 1.69%, lẹsẹsẹ. Ni afikun si matrix ati carbide, ipele titun kan (silicid) ni a ri ni C-3 composite, bi o ṣe han ni 1c Fig. 0.41%, 25.9 ± 0.53, ati 47.6 ± 0.34, lẹsẹsẹ. Ipele titun miiran (graphite) tun ṣe akiyesi ni microstructure ti C-4 composite; apapọ awọn ipele mẹrin ni a mọ. Ipele lẹẹdi naa ni apẹrẹ globular ọtọtọ pẹlu itansan dudu ni awọn aworan opiti ati pe o wa ni awọn iwọn kekere nikan (ida iwọn didun ti a pinnu jẹ nipa 0.6 ± 0.30%). Ni awọn akojọpọ C-5 ati C-6, awọn ipele mẹta nikan ni a mọ, ati pe okunkun ti o ni iyatọ ninu awọn akojọpọ wọnyi han ni irisi flakes. Ti a fiwera si awọn flakes graphite ni Composite S-5, awọn flakes graphite ni Composite S-6 jẹ gbooro, kukuru, ati deede diẹ sii. Imudara ti o baamu ni akoonu graphite tun ṣe akiyesi lati 14.9 ± 0.85% ninu akojọpọ C-5 si nipa 17.4 ± 0.55% ninu akojọpọ C-6.
Lati ṣe iwadii siwaju si alaye microstructure ati akopọ kemikali ti ipele kọọkan ninu akopọ HEA, awọn ayẹwo ni a ṣe ayẹwo nipa lilo SEM, ati itupalẹ aaye EMF ati maapu kemikali ni a tun ṣe. Awọn abajade fun apapo C-1 ni a fihan ni ọpọtọ. 2, nibiti wiwa awọn apopọ eutectic ti o yapa awọn agbegbe ti ipele matrix akọkọ ti han kedere. Maapu kemikali ti apapo C-1 jẹ afihan ni aworan 2c, nibiti o ti le rii pe Co, Fe, Ni, ati Si ti pin ni iṣọkan ni ipele matrix. Sibẹsibẹ, iye kekere ti Cr ni a rii ni ipele matrix akawe si awọn eroja miiran ti ipilẹ HEA, ni iyanju pe Cr tan kaakiri lati inu matrix naa. Awọn akojọpọ ti awọn eutectic alakoso funfun ni aworan SEM jẹ ọlọrọ ni chromium ati erogba, ti o nfihan pe o jẹ chromium carbide. Aisi awọn patikulu SiC ọtọtọ ni microstructure, ni idapo pẹlu akoonu kekere ti chromium ti a ṣe akiyesi ninu matrix ati wiwa awọn akojọpọ eutectic ti o ni awọn ipele ọlọrọ chromium, tọkasi jijẹ pipe ti SiC lakoko yo. Bi abajade ti jijẹ ti SiC, silikoni ntu ni ipele matrix, ati erogba ọfẹ n ṣe ajọṣepọ pẹlu chromium lati ṣe awọn carbide chromium. Gẹgẹbi a ti le rii, erogba nikan ni a pinnu ni agbara nipasẹ ọna EMF, ati pe iṣeto alakoso jẹ timo nipasẹ idanimọ ti awọn ga ju carbide abuda kan ninu awọn ilana iyapa X-ray.
(a) Aworan SEM ti apẹẹrẹ S-1, (b) aworan ti o gbooro, (c) maapu eroja, (d) Awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
Ayẹwo ti apapo C-2 jẹ afihan ni ọpọtọ. 3. Iru si hihan ni opitika maikirosikopu, SEM ibewo fi han a itanran be kq ti nikan meji awọn ipele, pẹlu niwaju kan tinrin lamellar alakoso boṣeyẹ pin jakejado awọn be. matrix alakoso, ati nibẹ ni ko si eutectic alakoso. Pipin ipin ati itupalẹ aaye EMF ti ipele lamellar ṣe afihan akoonu giga ti Cr (ofeefee) ati C (alawọ ewe) ni ipele yii, eyiti o tun tọka jijẹ ti SiC lakoko yo ati ibaraenisepo ti erogba ti a tu silẹ pẹlu ipa chromium . Matrix VEA ṣe agbekalẹ ipele carbide lamellar kan. Pipin awọn eroja ati itupalẹ aaye ti ipele matrix fihan pe pupọ julọ ti koluboti, irin, nickel ati silikoni wa ni ipele matrix.
(a) Aworan SEM ti apẹẹrẹ S-2, (b) aworan ti o gbooro, (c) maapu eroja, (d) awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
Awọn ijinlẹ SEM ti awọn akojọpọ C-3 ṣafihan wiwa ti awọn ipele tuntun ni afikun si awọn ipele carbide ati matrix. Maapu ipilẹ (Fig. 4c) ati itupalẹ aaye EMF (Fig. 4d) fihan pe ipele tuntun jẹ ọlọrọ ni nickel, cobalt, ati silikoni.
(a) Aworan SEM ti apẹẹrẹ S-3, (b) aworan ti o gbooro, (c) maapu eroja, (d) Awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
Awọn abajade ti SEM ati EMF igbekale ti C-4 composite ti wa ni afihan ni Ọpọtọ. 5. Ni afikun si awọn ipele mẹta ti a ṣe akiyesi ni apapo C-3, wiwa awọn nodules graphite tun wa. Iwọn iwọn didun ti ipele ọlọrọ silikoni tun ga ju ti akojọpọ C-3 lọ.
(a) Aworan SEM ti apẹẹrẹ S-4, (b) aworan ti o gbooro, (c) maapu eroja, (d) Awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
Awọn abajade ti SEM ati EMF spectra ti awọn akojọpọ S-5 ati S-6 ni a fihan ni Awọn nọmba 1 ati 2. 6 ati 7, lẹsẹsẹ. Ni afikun si nọmba kekere ti awọn aaye, wiwa awọn flakes graphite tun ṣe akiyesi. Mejeeji nọmba awọn flakes graphite ati ida iwọn didun ti ipele ti o ni ohun alumọni ninu akojọpọ C-6 tobi ju ninu akojọpọ C-5 lọ.
(a) Aworan SEM ti ayẹwo C-5, (b) wiwo gbooro, (c) maapu ipilẹ, (d) awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
(a) Aworan SEM ti apẹẹrẹ S-6, (b) aworan ti o gbooro, (c) maapu eroja, (d) Awọn abajade EMF ni awọn ipo itọkasi.
Ifarabalẹ ẹya Crystal ti awọn akojọpọ HEA tun ṣe ni lilo awọn iwọn XRD. Abajade ti han ni Nọmba 8. Ninu ilana iyatọ ti ipilẹ WEA (S-0), nikan awọn oke ti o baamu si alakoso fcc ni o han. Awọn ilana ifasilẹ X-ray ti awọn akojọpọ C-1, C-2, ati C-3 ṣe afihan wiwa awọn oke giga ti o baamu si chromium carbide (Cr7C3), ati kikankikan wọn dinku fun awọn ayẹwo C-3 ati C-4, eyiti o tọka si. ti o tun pẹlu awọn data EMF fun awọn wọnyi awọn ayẹwo. Awọn oke giga ti o baamu si awọn siliki Co / Ni ni a ṣe akiyesi fun awọn apẹẹrẹ S-3 ati S-4, lẹẹkansi ni ibamu pẹlu awọn abajade maapu EDS ti o han ni Awọn nọmba 2 ati 3. Bi o ti han ni Nọmba 3 ati Nọmba 4. 5 ati S-6 ti a ṣe akiyesi bamu si lẹẹdi.
Mejeeji microstructural ati awọn abuda crystallographic ti awọn akojọpọ idagbasoke tọkasi jijẹ ti SiC ti a ṣafikun. Eyi jẹ nitori wiwa chromium ninu matrix VEA. Chromium ni ibaramu ti o lagbara pupọ fun erogba 54.55 ati fesi pẹlu erogba ọfẹ lati ṣẹda awọn carbides, bi itọkasi nipasẹ idinku ti a ṣe akiyesi ninu akoonu chromium ti matrix naa. Si kọja sinu fcc alakoso nitori iyapa ti SiC56. Bayi, ilosoke ninu afikun SiC si ipilẹ HEA ti o yori si ilosoke ninu iye ti alakoso carbide ati iye Si free ni microstructure. O ti rii pe afikun Si yii ti wa ni ipamọ ni matrix ni awọn ifọkansi kekere (ni awọn akojọpọ S-1 ati S-2), lakoko ti o wa ni awọn ifọkansi ti o ga julọ (awọn akojọpọ S-3 si S-6) o ni abajade ni afikun idasile cobalt /. yanrin nickel. Awọn boṣewa enthalpy ti Ibiyi ti Co ati Ni silicides, gba nipasẹ taara kolaginni ga-otutu calorimetry, -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 fun Co2Si, CoSi ati CoSi2, lẹsẹsẹ, nigba ti awọn wọnyi. awọn iye jẹ - 50.6 ± 1.7 ati - 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 fun Ni2Si ati Ni5Si2, lẹsẹsẹ. Awọn iye wọnyi kere ju ooru ti dida SiC, nfihan pe ipinya ti SiC ti o yori si dida awọn silicides Co/Ni jẹ iwunilori agbara. Ninu awọn akojọpọ S-5 ati S-6, afikun ohun alumọni ọfẹ wa, eyiti o gba kọja dida silicide. Ohun alumọni ọfẹ yii ni a ti rii lati ṣe alabapin si graphitization ti a ṣe akiyesi ni awọn irin aṣa58.
Awọn ohun-ini ẹrọ ti awọn akojọpọ seramiki ti o ni idagbasoke ti o da lori HEA jẹ iwadii nipasẹ awọn idanwo funmorawon ati awọn idanwo lile. Awọn iṣipopada wahala-iṣoro ti awọn akojọpọ ti o ni idagbasoke ni a fihan ni Ọpọtọ. 9a, ati ni Ọpọtọ 9b ṣe afihan itọka laarin agbara ikore pato, agbara ikore, lile, ati elongation ti awọn akojọpọ idagbasoke.
(a) Awọn iyipo igara titẹ ati (b) awọn kaakiri ti n ṣafihan wahala ikore pato, agbara ikore, lile ati elongation. Ṣe akiyesi pe awọn apẹẹrẹ S-0 si S-4 nikan ni a fihan, bi awọn apẹẹrẹ S-5 ati S-6 ni awọn abawọn simẹnti pataki ninu.
Bi a ti ri ninu ọpọtọ. 9, agbara ikore pọ lati 136 MPa fun ipilẹ VES (C-0) si 2522 MPa fun akojọpọ C-4. Ti a ṣe afiwe si WPP ipilẹ, akojọpọ S-2 ṣe afihan elongation ti o dara pupọ si ikuna ti o to 37%, ati tun ṣafihan awọn iye agbara ikore ti o ga julọ (1200 MPa). Ijọpọ ti o dara julọ ti agbara ati ductility ti apapo yii jẹ nitori ilọsiwaju ninu microstructure gbogbogbo, pẹlu pinpin iṣọkan ti itanran carbide lamellae jakejado microstructure, eyiti o nireti lati dena gbigbe gbigbe. Awọn agbara ikore ti awọn akojọpọ C-3 ati C-4 jẹ 1925 MPa ati 2522 MPa, lẹsẹsẹ. Awọn agbara ikore giga wọnyi le ṣe alaye nipasẹ ida iwọn didun giga ti carbide cemented ati awọn ipele silicide. Sibẹsibẹ, wiwa ti awọn ipele wọnyi tun yorisi elongation ni isinmi ti 7% nikan. Awọn iṣipopada igara wahala ti awọn akojọpọ ipilẹ CoCrFeNi HEA (S-0) ati S-1 jẹ convex, ti o nfihan imuṣiṣẹ ti ipa twinning tabi TRIP59,60. Ti a ṣe afiwe si apẹẹrẹ S-1, iṣan-iṣan ti aapọn ti ayẹwo S-2 ni apẹrẹ concave ni igara ti o to 10.20%, eyi ti o tumọ si pe isokuso ti o wa ni deede jẹ ipo idibajẹ akọkọ ti ayẹwo ni ipo idibajẹ yii60,61 . Sibẹsibẹ, oṣuwọn lile ni apẹrẹ yii wa ni giga lori iwọn igara nla, ati ni awọn igara ti o ga julọ iyipada si isọdi tun han (botilẹjẹpe a ko le ṣe ipinnu pe eyi jẹ nitori ikuna ti awọn ẹru compressive lubricated). ). Awọn akojọpọ C-3 ati C-4 ni ṣiṣu ti o ni opin nikan nitori wiwa awọn ida iwọn didun ti o ga julọ ti awọn carbide ati awọn silicides ninu microstructure. Awọn idanwo funmorawon ti awọn ayẹwo ti awọn akojọpọ C-5 ati C-6 ko ṣe nitori awọn abawọn simẹnti pataki lori awọn apẹẹrẹ ti awọn akojọpọ (wo aworan 10).
Stereomicrographs ti awọn abawọn simẹnti (itọkasi nipasẹ awọn ọfa pupa) ni awọn apẹẹrẹ ti awọn akojọpọ C-5 ati C-6.
Awọn abajade ti wiwọn lile ti awọn akojọpọ VEA jẹ afihan ni Awọn Ọpọtọ. 9b. WEA ipilẹ ni lile ti 130 ± 5 HV, ati awọn apẹẹrẹ S-1, S-2, S-3 ati S-4 ni awọn iye líle ti 250 ± 10 HV, 275 ± 10 HV, 570 ± 20 HV ati 755± 20 HV. Ilọsoke ninu líle wa ni adehun ti o dara pẹlu iyipada ninu agbara ikore ti a gba lati awọn idanwo funmorawon ati pe o ni nkan ṣe pẹlu ilosoke ninu iye awọn ohun to lagbara ninu akojọpọ. Agbara ikore kan pato ti iṣiro ti o da lori akopọ ibi-afẹde ti apẹẹrẹ kọọkan tun han ni ọpọtọ. 9b. Ni gbogbogbo, idapọ ti o dara julọ ti agbara ikore (1200 MPa), lile (275 ± 10 HV), ati elongation ojulumo si ikuna (~ 37%) ni a ṣe akiyesi fun apapo C-2.
Ifiwera ti agbara ikore ati elongation ojulumo ti idapọ ti o ni idagbasoke pẹlu awọn ohun elo ti awọn kilasi oriṣiriṣi ni a fihan ni aworan 11a. Awọn akojọpọ ti o da lori CoCrFeNi ninu iwadi yii ṣe afihan elongation giga ni eyikeyi ipele wahala ti a fun62. O tun le rii pe awọn ohun-ini ti awọn akojọpọ HEA ti o dagbasoke ninu iwadi yii wa ni agbegbe ti ko ni iṣaaju ti idite ti agbara ikore dipo elongation. Ni afikun, awọn akojọpọ ti o ni idagbasoke ni ọpọlọpọ awọn akojọpọ agbara (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa ati 2522 MPa) ati elongation (> 60%, 37%, 7.3% ati 6.19%). Agbara ikore tun jẹ ifosiwewe pataki ni yiyan awọn ohun elo fun awọn ohun elo imọ-ẹrọ to ti ni ilọsiwaju63,64. Ni iyi yii, awọn akojọpọ HEA ti kiikan ti o wa lọwọlọwọ ṣe afihan apapọ ti o dara julọ ti agbara ikore ati elongation. Eyi jẹ nitori afikun ti SiC iwuwo kekere awọn abajade ni awọn akojọpọ pẹlu agbara ikore pato ga. Agbara ikore pato ati elongation ti awọn akojọpọ HEA wa ni iwọn kanna bi HEA FCC ati HEA refractory, bi a ṣe han ni aworan 11b. Lile ati agbara ikore ti awọn akojọpọ ti o ni idagbasoke wa ni iwọn kanna bi fun awọn gilaasi irin nla65 (Fig. 11c). Awọn gilaasi ti fadaka nla (BMS) jẹ ijuwe nipasẹ líle giga ati agbara ikore, ṣugbọn elongation wọn ni opin66,67. Sibẹsibẹ, lile ati agbara ikore ti diẹ ninu awọn akojọpọ HEA ti o dagbasoke ninu iwadi yii tun ṣe afihan elongation pataki. Nitorinaa, o pari pe awọn akojọpọ ti o dagbasoke nipasẹ VEA ni alailẹgbẹ ati wiwa-lẹhin akojọpọ awọn ohun-ini ẹrọ fun ọpọlọpọ awọn ohun elo igbekalẹ. Apapo alailẹgbẹ ti awọn ohun-ini ẹrọ le ṣe alaye nipasẹ pipinka aṣọ ti awọn carbide lile ti a ṣẹda ni ipo ni matrix FCC HEA. Bibẹẹkọ, gẹgẹ bi apakan ti ibi-afẹde ti iyọrisi apapọ agbara ti o dara julọ, awọn iyipada microstructural ti o waye lati afikun ti awọn ipele seramiki gbọdọ wa ni abojuto ni pẹkipẹki ati ṣakoso lati yago fun awọn abawọn simẹnti, gẹgẹbi awọn ti a rii ni awọn akojọpọ S-5 ati S-6, ati ductility. abo.
Awọn abajade iwadi yii ni a ṣe afiwe pẹlu ọpọlọpọ awọn ohun elo igbekalẹ ati HEAs: (a) elongation dipo agbara ikore62, (b) wahala ikore ni pato dipo ductility63 ati (c) agbara ikore dipo lile65.
Awọn ohun-ini microstructure ati awọn ohun-ini ẹrọ ti onka awọn akojọpọ HEA-seramiki ti o da lori eto HEA CoCrFeNi pẹlu afikun SiC ni a ti ṣe iwadi ati pe awọn ipinnu wọnyi ti fa:
Awọn akojọpọ alloy entropy giga le ni idagbasoke ni aṣeyọri nipasẹ fifi SiC kun si CoCrFeNi HEA nipa lilo ọna yo arc.
SiC decomposes nigba arc yo, ti o yori si dida ni ipo ti carbide, silicide ati awọn ipele graphite, wiwa ati ida iwọn didun eyiti o da lori iye SiC ti a ṣafikun si HEA mimọ.
Awọn akojọpọ HEA ṣe afihan ọpọlọpọ awọn ohun-ini ẹrọ ti o dara julọ, pẹlu awọn ohun-ini ti o ṣubu sinu awọn agbegbe ti a ko gba tẹlẹ lori agbara ikore dipo igbero elongation. Agbara ikore ti akopọ HEA ti a ṣe ni lilo 6 wt% SiC jẹ diẹ sii ju igba mẹjọ ti HEA mimọ lakoko mimu 37% ductility.
Lile ati agbara ikore ti awọn akojọpọ HEA wa ni sakani ti awọn gilaasi olopobobo (BMG).
Awọn awari daba pe awọn akojọpọ alloy alloy giga-entropy jẹ aṣoju ọna ti o ni ileri lati ṣaṣeyọri idapọpọ ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ẹrọ-irin fun awọn ohun elo igbekalẹ ilọsiwaju.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Keje-12-2023