CoCrFeNi - жақсы зерттелген, икемділігі жақсы, бірақ беріктігі шектеулі текше (fcc) жоғары энтропиялық қорытпа (HEA).Бұл зерттеудің мақсаты доғалық балқыту әдісін қолдана отырып, әртүрлі мөлшерде SiC қосу арқылы осындай HEA беріктігі мен икемділігінің тепе-теңдігін жақсартуға бағытталған.Негізгі HEA құрамында хромның болуы балқу кезінде SiC ыдырауын тудыратыны анықталды.Осылайша, бос көміртектің хроммен әрекеттесуі хром карбидтерінің in situ түзілуіне әкеледі, ал бос кремний HEA негізіндегі ерітіндіде қалады және/немесе силицидтерді түзу үшін негіздік HEA құрайтын элементтермен әрекеттеседі.SiC мөлшері артқан сайын микроқұрылым фазасы келесі ретпен өзгереді: fcc → fcc + эвтектикалық → fcc + хром карбиді үлпектері → fcc + хром карбиді үлпектері + силицид → fcc + хром карбиді үлпектері + силицид + графит шарлары / графит үлпектері.Алынған композиттер кәдімгі қорытпалармен және жоғары энтропиялық қорытпалармен салыстырғанда механикалық қасиеттердің өте кең ауқымын көрсетеді (60%-дан астам ұзару кезінде 277 МПа аққыштық шегінен 6% ұзару кезінде 2522 МПа-ға дейін).Жасалған кейбір жоғары энтропиялық композиттер механикалық қасиеттердің тамаша үйлесімін көрсетеді (аққыштық шегі 1200 МПа, ұзарту 37%) және кірістілік кернеуі-ұзару диаграммасында бұрын қол жетпеген аймақтарды алады.Керемет ұзартудан басқа, HEA композиттерінің қаттылығы мен аққыштық беріктігі сусымалы металл шыныларымен бірдей диапазонда.Сондықтан, жоғары энтропиялы композиттерді жасау жетілдірілген құрылымдық қосымшалар үшін механикалық қасиеттердің тамаша үйлесіміне қол жеткізуге көмектеседі деп саналады.
Жоғары энтропиялы қорытпаларды жасау металлургиядағы перспективті жаңа концепция болып табылады1,2.Жоғары энтропиялық қорытпалар (HEA) бірқатар жағдайларда физикалық және механикалық қасиеттердің тамаша үйлесімін көрсетті, оның ішінде жоғары термиялық тұрақтылық3,4 суперпластикалық ұзару5,6 шаршауға төзімділік7,8 коррозияға төзімділік9,10,11, тамаша тозуға төзімділік12,13,14 ,15 және трибологиялық қасиеттері15 ,16,17 тіпті жоғары температурада18,19,20,21,22 және механикалық қасиеттері төмен температурада23,24,25.HEA механикалық қасиеттердің тамаша үйлесімі әдетте төрт негізгі әсерге, атап айтқанда жоғары конфигурациялық энтропияға26, тордың күшті бұрмалануына27, баяу диффузияға28 және коктейль эффектісіне29 байланысты.HEA әдетте FCC, BCC және HCP түрлері ретінде жіктеледі.FCC HEA әдетте Co, Cr, Fe, Ni және Mn сияқты өтпелі элементтерді қамтиды және тамаша икемділік көрсетеді (тіпті төмен температурада25), бірақ беріктігі төмен.BCC HEA әдетте W, Mo, Nb, Ta, Ti және V сияқты жоғары тығыздықты элементтерден тұрады және өте жоғары беріктікке ие, бірақ иілгіштігі төмен және меншікті беріктігі төмен30.
Механикалық қасиеттердің ең жақсы комбинациясын алу үшін өңдеуге, термомеханикалық өңдеуге және элементтерді қосуға негізделген HEA микроқұрылымдық модификациясы зерттелді.CoCrFeMnNi FCC HEA жоғары қысымды бұралу арқылы қатты пластикалық деформацияға ұшырайды, бұл қаттылықтың (520 HV) және беріктіктің (1950 МПа) айтарлықтай өсуіне әкеледі, бірақ нанокристалды микроқұрылымның дамуы (~50 нм) қорытпаны морт етеді31 .CoCrFeMnNi HEA-ға қосарлану икемділігін (TWIP) және трансформациялық индукциялық пластиканы (TRIP) қосу нақты созылу беріктігі мәндерінің есебінен болса да, жоғары созылу икемділігіне әкелетін жақсы жұмыс шынықтыру мүмкіндігін беретіні анықталды.Төменде (1124 МПа) 32. CoCrFeMnNi HEA-да атқылауды қолдану арқылы қабатталған микроқұрылымның (жұқа деформацияланған қабаттан және деформацияланбаған өзектен тұратын) қалыптасуы беріктіктің артуына әкелді, бірақ бұл жақсарту шамамен 700 МПа33-пен шектелді.Беріктік пен иілгіштіктің ең жақсы үйлесімі бар материалдарды іздеуде изоатомдық емес элементтерді қосу арқылы көпфазалы ЖЭА және эвтектикалық ЖЭА әзірлеу де зерттелді34,35,36,37,38,39,40,41.Шынында да, эвтектикалық жоғары энтропиялы қорытпалардағы қатты және жұмсақ фазалардың жақсырақ таралуы беріктік пен иілгіштіктің салыстырмалы түрде жақсы үйлесіміне әкелуі мүмкін екендігі анықталды35,38,42,43.
CoCrFeNi жүйесі кең зерттелген бір фазалы FCC жоғары энтропиялық қорытпасы болып табылады.Бұл жүйе төмен және жоғары температураларда жылдам қатаю қасиеттері44 және тамаша икемділік45,46 көрсетеді.Оның салыстырмалы түрде төмен беріктігін (~300 МПа)47,48 жақсарту үшін әртүрлі әрекеттер жасалды, соның ішінде дәннің тазартылуы25, гетерогенді микроқұрылым49, жауын-шашын50,51,52 және трансформациядан туындаған пластикалық (TRIP)53.Ауыр жағдайларда суық сызу арқылы құйылған бет-орталықталған текше HEA CoCrFeNi дәндерін тазарту беріктікті шамамен 300 МПа47,48-ден 1,2 GPa25-ке дейін арттырады, бірақ икемділіктің жоғалуын 60%-дан 12,6%-ға дейін төмендетеді.CoCrFeNi HEA-ға Al қосу нәтижесінде гетерогенді микроқұрылым пайда болды, бұл оның аққыштық шегін 786 МПа дейін және салыстырмалы ұзаруын шамамен 22%49 дейін арттырды.CoCrFeNi HEA Ti және Al қосылып, тұнба түзеді, осылайша жауын-шашынның нығаюын қалыптастырып, оның аққыштық күшін 645 МПа дейін және ұзарту қабілетін 39%-ға дейін арттырды51.TRIP механизмі (бет орталықтандырылған текше → алты қырлы мартенситтік трансформация) және егіздеу CoCrFeNi HEA-ның созылу беріктігін 841 МПа-ға дейін және үзіліс кезінде ұзаруды 76%53 дейін арттырды.
Сондай-ақ беріктік пен икемділіктің жақсы үйлесімін көрсете алатын жоғары энтропиялы композиттерді жасау үшін HEA бетін орталықтандырылған текше матрицасына керамикалық арматураны қосу әрекеттері жасалды.Жоғары энтропиясы бар композиттер вакуумдық доғамен балқыту44, механикалық легирлеу45,46,47,48,52,53, ұшқын плазмасын агломерациялау46,51,52, вакуумды ыстық престеу45, ыстық изостатикалық престеу47,48 және қоспалар өндірісін дамыту арқылы өңделеді. 50.WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 және Y2O351 сияқты карбидтер, оксидтер мен нитридтер HEA композиттерін жасауда керамикалық арматура ретінде қолданылған.Дұрыс HEA матрицасы мен керамиканы таңдау әсіресе берік және берік HEA композитін жобалау және әзірлеу кезінде маңызды.Бұл жұмыста матрицалық материал ретінде CoCrFeNi таңдалды.CoCrFeNi HEA-ға әртүрлі мөлшерде SiC қосылды және олардың микроқұрылымға, фазалық құрамына және механикалық қасиеттеріне әсері зерттелді.
HEA композиттерін жасау үшін шикізат ретінде жоғары таза металдар Co, Cr, Fe және Ni (мас. 99,95%) және элементар бөлшектер түріндегі SiC ұнтағы (тазалығы 99%, өлшемі -400 тор) пайдаланылды.CoCrFeNi HEA изоатомдық құрамы алдымен жарты шар тәрізді сумен салқындатылған мыс қалыпқа орналастырылды, содан кейін камера 3·10-5 мбарға дейін эвакуацияланды.Тұтынылмайтын вольфрам электродтары арқылы доғалық балқыту үшін қажетті вакуумға жету үшін жоғары таза аргон газы енгізіледі.Алынған құймалар жақсы біркелкі болу үшін төңкеріліп, бес рет балқытылады.Алынған экватомдық CoCrFeNi түймелеріне белгілі бір мөлшерде SiC қосу арқылы әртүрлі құрамдағы жоғары энтропиялық композиттер дайындалды, олар әр жағдайда бес есе инверсия және қайта балқыту арқылы қайта гомогенизацияланды.Алынған композициядан пішінделген түйме одан әрі сынау және сипаттау үшін EDM көмегімен кесілді.Микроқұрылымдық зерттеулер үшін үлгілер стандартты металлографиялық әдістер бойынша дайындалды.Біріншіден, үлгілер сандық фазалық талдау үшін Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) бағдарламалық құралымен жарық микроскопы (Leica Microscope DM6M) арқылы зерттелді.Фазалық талдау үшін жалпы ауданы шамамен 27 000 мкм2 болатын әртүрлі аймақтарда түсірілген үш сурет таңдалды.Одан әрі егжей-тегжейлі микроқұрылымдық зерттеулер, соның ішінде химиялық құрамды талдау және элементтердің таралу талдауы энергиялық дисперсиялық спектроскопия (EDS) талдау жүйесімен жабдықталған сканерлеуші электрондық микроскопта (JEOL JSM-6490LA) жүргізілді.HEA композитінің кристалдық құрылымын сипаттау қадам өлшемі 0,04° CuKα көзін пайдалана отырып, рентгендік дифракциялық жүйені (Брукер D2 фазалық ауыстырғыш) пайдалана отырып орындалды.Микроқұрылымдық өзгерістердің HEA композиттерінің механикалық қасиеттеріне әсері Викерс микроқаттылық сынақтары мен қысу сынақтары арқылы зерттелді.Қаттылық сынағы үшін 500 Н жүктеме 15 секунд ішінде әр үлгіге кемінде 10 шегініс арқылы қолданылады.Бөлме температурасында HEA композиттерінің сығымдау сынақтары тікбұрышты үлгілерде (7 мм × 3 мм × 3 мм) Shimadzu 50KN әмбебап сынақ машинасында (UTM) 0,001/с бастапқы деформация жылдамдығында жүргізілді.
Жоғары энтропиялық композиттер, бұдан әрі S-1 - S-6 үлгілері деп аталады, CoCrFeNi матрицасына 3%, 6%, 9%, 12%, 15% және 17% SiC (барлығы салмақ бойынша%) қосу арқылы дайындалды. .тиісінше.SiC қосылмаған анықтамалық үлгі бұдан әрі S-0 үлгісі деп аталады.Әзірленген HEA композиттерінің оптикалық микросуреттері күріш.1, мұнда әртүрлі қоспаларды қосудың арқасында CoCrFeNi HEA бір фазалы микроқұрылымы әртүрлі морфологиясы, өлшемдері және таралуы бар көптеген фазалардан тұратын микроқұрылымға айналды.Құрамындағы SiC мөлшері.Әрбір фазаның көлемі LAS Phase Expert бағдарламалық құралын пайдаланып кескін талдауы арқылы анықталды.1-суреттегі кірістіру (жоғарғы оң жақта) осы талдауға арналған мысал аймағын, сондай-ақ әрбір фаза құрамдас бөлігі үшін аумақ үлесін көрсетеді.
Әзірленген жоғары энтропиялық композиттердің оптикалық микросуреттері: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 және (f) C- 6.Кірістіру LAS Phase Expert бағдарламалық құралын пайдалану арқылы контраст негізіндегі кескін фазалық талдау нәтижелерінің мысалын көрсетеді.
Суретте көрсетілгендей.1a, С-1 композитінің матрица көлемдері арасында қалыптасқан эвтектикалық микроқұрылым, мұнда матрица мен эвтектикалық фазалардың мөлшері сәйкесінше 87,9 ± 0,47% және 12,1% ± 0,51% деп бағаланады.1б-суретте көрсетілген композитте (С-2) қату кезінде эвтектикалық реакцияның белгілері байқалмайды, ал С-1 композиттікінен мүлде басқа микроқұрылым байқалады.С-2 композитінің микроқұрылымы салыстырмалы түрде жұқа және матрицалық фазада (fcc) біркелкі таралған жұқа тақталардан (карбидтерден) тұрады.Матрица мен карбидтің көлемдік үлестері сәйкесінше 72 ± 1,69% және 28 ± 1,69% бағаланады.Матрица мен карбидтен басқа, 1c-суретте көрсетілгендей, С-3 композитінде жаңа фаза (силицид) табылды, онда мұндай силицид, карбид және матрицалық фазалардың көлемдік үлестері шамамен 26,5% ± бағаланады. 0,41%, 25,9 ± 0,53 және тиісінше 47,6 ± 0,34.С-4 композитінің микроқұрылымында да тағы бір жаңа фаза (графит) байқалды;барлығы төрт кезең анықталды.Графит фазасы оптикалық кескіндерде күңгірт контрастпен айқын глобулярлы пішінге ие және аз мөлшерде ғана болады (болжалды көлемдік үлес шамамен 0,6 ± 0,30%).С-5 және С-6 композиттерінде тек үш фаза анықталды, ал бұл композиттердегі қара контрастты графит фазасы үлпек түрінде көрінеді.Композит S-5-тегі графит үлпектерімен салыстырғанда, S-6 композитіндегі графит үлпектері кеңірек, қысқарақ және тұрақты.Графит құрамының сәйкес өсуі C-5 композитіндегі 14,9 ± 0,85%-дан С-6 композициясында шамамен 17,4 ± 0,55%-ға дейін байқалды.
HEA композитіндегі әрбір фазаның егжей-тегжейлі микроқұрылымы мен химиялық құрамын әрі қарай зерттеу үшін үлгілер SEM көмегімен зерттелді, сонымен қатар ЭМӨ нүктелік талдау және химиялық карталау жүргізілді.Композиттік C-1 нәтижелері күріште көрсетілген.2, мұнда негізгі матрицалық фазаның аймақтарын бөлетін эвтектикалық қоспалардың болуы анық көрінеді.Композиттік С-1 химиялық картасы 2в-суретте көрсетілген, онда Co, Fe, Ni және Si матрицалық фазада біркелкі таралғанын көруге болады.Дегенмен, HEA базасының басқа элементтерімен салыстырғанда матрицалық фазада Cr аз мөлшері табылды, бұл Cr матрицадан диффузияланғанын көрсетеді.SEM суретіндегі ақ эвтектикалық фазаның құрамы хром мен көміртекке бай, бұл оның хром карбиді екенін көрсетеді.Микроқұрылымда дискретті SiC бөлшектерінің болмауы, матрицадағы хромның байқалған төмен мөлшерімен және құрамында хромға бай фазалары бар эвтектикалық қоспалардың болуы балқу кезінде SiC толық ыдырауын көрсетеді.SiC ыдырауы нәтижесінде кремний матрицалық фазада ериді, ал бос көміртек хроммен әрекеттесіп, хром карбидтерін түзеді.Көріп отырғанымыздай, ЭҚК әдісімен тек көміртек сапалы түрде анықталды, ал фазалық түзілу рентгендік дифракциялық заңдылықтарда тән карбид шыңдарын анықтау арқылы расталды.
(a) S-1 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген кескін, (c) элемент картасы, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
Композиттік С-2 талдауы күріште көрсетілген.3. Оптикалық микроскопиядағы көрініске ұқсас, SEM зерттеуі барлық құрылымда біркелкі таралған жұқа пластинкалы фазаның болуымен тек екі фазадан тұратын жұқа құрылымды анықтады.матрицалық фаза, ал эвтектикалық фаза жоқ.Элементтердің таралуы және пластинкалық фазаның ЭҚК нүктелік талдауы осы фазада Cr (сары) және С (жасыл) салыстырмалы жоғары құрамын анықтады, бұл балқу кезінде SiC ыдырауын және бөлінген көміртектің хром әсерімен әрекеттесуін тағы да көрсетеді. .VEA матрицасы пластинкалы карбид фазасын құрайды.Элементтердің таралуы және матрицалық фазаның нүктелік талдауы матрицалық фазада кобальт, темір, никель және кремнийдің көп бөлігі болатынын көрсетті.
(a) S-2 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген кескін, (c) элемент картасы, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
С-3 композиттерінің SEM зерттеулері карбидтік және матрицалық фазалардан басқа жаңа фазалардың болуын анықтады.Элементтік карта (4в-сурет) және ЭҚК нүктелік талдау (4д-сурет) жаңа фазаның никель, кобальт және кремнийге бай екендігін көрсетеді.
(a) S-3 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген кескін, (c) элемент картасы, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
С-4 композитінің SEM және EMF талдауының нәтижелері күріш.5. С-3 композициясында байқалған үш фазадан басқа графит түйіндерінің болуы да анықталды.Кремнийге бай фазаның көлемдік үлесі де С-3 композитіне қарағанда жоғары.
(a) S-4 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген кескін, (c) элемент картасы, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
S-5 және S-6 композиттерінің SEM және EMF спектрлерінің нәтижелері сәйкесінше 1 және 2. 6 және 7-суреттерде көрсетілген.Шарлардың аздығынан басқа, графит үлпектерінің болуы да байқалды.С-6 композитіндегі графит үлпектерінің саны да, құрамында кремнийі бар фазаның көлемдік үлесі де С-5 композитіне қарағанда көп.
(a) C-5 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген көрініс, (c) элементтік карта, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
(a) S-6 үлгісінің SEM кескіні, (b) үлкейтілген кескін, (c) элемент картасы, (d) көрсетілген орындардағы ЭМӨ нәтижелері.
HEA композиттерінің кристалдық құрылымын сипаттау да XRD өлшемдері арқылы орындалды.Нәтиже 8-суретте көрсетілген. WEA (S-0) негізінің дифракциялық үлгісінде тек fcc фазасына сәйкес келетін шыңдар ғана көрінеді.С-1, С-2 және С-3 композиттерінің рентгендік дифракциялық үлгілері хром карбидіне (Cr7C3) сәйкес келетін қосымша шыңдардың болуын анықтады, ал олардың қарқындылығы С-3 және С-4 үлгілері үшін төмен болды, бұл сонымен қатар осы үлгілер үшін деректердің ЭҚК.Co/Ni силицидтеріне сәйкес келетін шыңдар S-3 және S-4 үлгілері үшін байқалды, бұл қайтадан 2 және 3-суреттерде көрсетілген EDS картасының нәтижелеріне сәйкес келеді. 3-суретте және 4-суретте көрсетілгендей. 5 және S-6 шыңдары байқалды. графитке сәйкес келеді.
Жасалған композиттердің микроқұрылымдық және кристаллографиялық сипаттамалары қосылған SiC ыдырауын көрсетеді.Бұл VEA матрицасында хромның болуына байланысты.Хромның көміртегі 54,55-ке өте күшті жақындығы бар және бос көміртекпен әрекеттесіп, карбидтер түзеді, бұл матрицадағы хром құрамының байқалған төмендеуімен көрсетілген.Si SiC56 диссоциациясына байланысты fcc фазасына өтеді.Осылайша, негізгі HEA-ға SiC қосылуының артуы карбидтік фаза мөлшерінің және микроқұрылымдағы бос Si мөлшерінің артуына әкелді.Бұл қосымша Si матрицада төмен концентрацияларда (S-1 және S-2 композиттерінде), ал жоғары концентрацияларда (S-3 - S-6 композиттерінде) кобальттың қосымша тұндыруына әкелетіні анықталды/.никель силициді.Тікелей синтез жоғары температуралы калориметрия арқылы алынған Co және Ni силицидтерінің түзілу стандартты энтальпиясы Co2Si, CoSi және CoSi2 үшін сәйкесінше -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 кДж моль -1 құрайды, ал бұлар мәндері Ni2Si және Ni5Si2 үшін сәйкесінше – 50,6 ± 1,7 және – 45,1 ± 1,4 кДж моль-157.Бұл мәндер SiC түзілу жылуынан төмен, бұл Co/Ni силицидтерінің түзілуіне әкелетін SiC диссоциациясының энергетикалық қолайлы екенін көрсетеді.S-5 және S-6 композиттерінде қосымша бос кремний болды, ол силицидтің пайда болуынан тыс сіңеді.Бұл бос кремний кәдімгі болаттарда байқалатын графиттенуге ықпал ететіні анықталды58.
HEA негізінде жасалған керамикалық арматураланған композиттердің механикалық қасиеттері қысу сынақтары мен қаттылық сынақтары арқылы зерттеледі.Жасалған композиттердің кернеу-деформация қисықтары күріш.9а, ал 9б-суретте әзірленген композиттердің меншікті аққыштық күші, аққыштық күші, қаттылық және ұзарту арасындағы шашырау сызбасы көрсетілген.
(а) қысу деформациясының қисық сызықтары және (b) нақты аққыштық кернеуін, аққыштық күшін, қаттылық пен ұзаруды көрсететін шашырау сызбалары.S-0 - S-4 үлгілері ғана көрсетілгенін ескеріңіз, өйткені S-5 және S-6 үлгілерінде құюдың елеулі ақаулары бар.
Суретте көрсетілгендей.9, аққыштық шегі негізгі VES (C-0) үшін 136 МПа-дан С-4 композиті үшін 2522 МПа-ға дейін өсті.Негізгі WPP-мен салыстырғанда, S-2 композициясы шамамен 37% бұзылуға дейін өте жақсы ұзартуды көрсетті, сонымен қатар шығымдылықтың айтарлықтай жоғары мәндерін (1200 МПа) көрсетті.Бұл композиттің беріктігі мен икемділігінің тамаша үйлесімі жалпы микроқұрылымның жақсаруымен, соның ішінде микроқұрылым бойынша жұқа карбидті ламеллалардың біркелкі таралуымен түсіндіріледі, бұл дислокация қозғалысын тежейді деп күтілуде.С-3 және С-4 композиттерінің аққыштық шегі сәйкесінше 1925 МПа және 2522 МПа.Бұл жоғары шығымдылық көрсеткіштерін цементтелген карбид пен силицидтік фазалардың жоғары көлемдік үлесімен түсіндіруге болады.Дегенмен, бұл фазалардың болуы да үзілістің ұзаруына 7% ғана әкелді.CoCrFeNi HEA (S-0) және S-1 негізі композиттерінің кернеу-деформация қисықтары дөңес болып, егіздік эффектінің немесе TRIP59,60 белсендірілгенін көрсетеді.S-1 үлгісімен салыстырғанда, S-2 үлгісінің кернеу-деформация қисығы шамамен 10,20% деформация кезінде ойыс пішінге ие, бұл қалыпты дислокация сырғуы осы деформацияланған күйдегі үлгінің негізгі деформациялық режимі болып табылатынын білдіреді60,61 .Дегенмен, бұл үлгідегі қатаю жылдамдығы үлкен деформация диапазонында жоғары болып қалады, ал жоғары деформацияларда дөңеске ауысу да көрінеді (бірақ бұл майланған қысу жүктемелерінің істен шығуына байланысты екенін жоққа шығаруға болмайды).).С-3 және С-4 композиттері микроқұрылымында карбидтер мен силицидтердің үлкен көлемдік фракцияларының болуына байланысты тек шектеулі пластикалық қасиеттерге ие.С-5 және С-6 композиттерінің үлгілерінің сығымдау сынақтары композиттердің осы үлгілерінде құюдың елеулі ақауларына байланысты жүргізілген жоқ (10-суретті қараңыз).
С-5 және С-6 композиттерінің үлгілеріндегі құю ақауларының стереомикрографтары (қызыл көрсеткілермен көрсетілген).
VEA композиттерінің қаттылығын өлшеу нәтижелері күріш.9б.WEA негізінің қаттылығы 130±5 HV, ал S-1, S-2, S-3 және S-4 үлгілерінің қаттылық мәндері 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV және 755±20 В.В.Қаттылықтың жоғарылауы сығымдау сынақтарынан алынған аққыштық шегінің өзгеруіне жақсы сәйкес келді және композиттегі қатты заттар мөлшерінің ұлғаюымен байланысты болды.Әрбір үлгінің мақсатты құрамына негізделген есептелген нақты кірістілік күші күріште де көрсетілген.9б.Жалпы алғанда, композиттік С-2 үшін аққыштық шегінің (1200 МПа), қаттылықтың (275 ± 10 HV) және бұзылуға қатысты салыстырмалы ұзаруының (~37%) ең жақсы үйлесімі байқалады.
Жасалған композиттің аққыштық шегі мен салыстырмалы ұзаруын әртүрлі кластағы материалдармен салыстыру 11а суретте көрсетілген.Осы зерттеуде CoCrFeNi негізіндегі композиттер кез келген кернеу деңгейінде жоғары ұзаруды көрсетті62.Сондай-ақ, бұл зерттеуде әзірленген HEA композиттерінің қасиеттері ұзартуға қарсы шығымдылық сызбасының бұрын бос тұрған аймағында жатқанын көруге болады.Сонымен қатар, әзірленген композиттер беріктік (277 МПа, 1200 МПа, 1925 МПа және 2522 МПа) және ұзарту (>60%, 37%, 7,3% және 6,19%) комбинацияларының кең ауқымына ие.Ағымдық беріктік сонымен қатар алдыңғы қатарлы инженерлік қолданбалар үшін материалдарды таңдауда маңызды фактор болып табылады63,64.Осыған байланысты, осы өнертабыстың HEA композиттері аққыштық күші мен ұзартудың тамаша үйлесімін көрсетеді.Себебі төмен тығыздықты SiC қосу нәтижесінде жоғары меншікті аққыштық беріктігі бар композиттер пайда болады.HEA композиттерінің меншікті аққыштық күші мен ұзаруы HEA FCC және отқа төзімді HEA диапазонында, 11b-суретте көрсетілген.Жасалған композиттердің қаттылығы мен аққыштық шегі массивтік металл шынылармен бірдей диапазонда65 (11в-сурет).Массивті металл шынылары (БМС) жоғары қаттылықпен және аққыштықпен сипатталады, бірақ олардың ұзаруы шектеулі66,67.Дегенмен, осы зерттеуде әзірленген кейбір HEA композиттерінің қаттылығы мен аққыштық шегі де айтарлықтай ұзаруды көрсетті.Осылайша, VEA әзірлеген композиттер әртүрлі құрылымдық қолданбалар үшін механикалық қасиеттердің бірегей және ізденетін комбинациясы бар деген қорытындыға келді.Механикалық қасиеттердің бұл бірегей тіркесімін FCC HEA матрицасында in situ түзілген қатты карбидтердің біркелкі дисперсиясымен түсіндіруге болады.Дегенмен, беріктіктің жақсырақ үйлесіміне қол жеткізу мақсатының бөлігі ретінде, S-5 және S-6 композиттерінде кездесетін сияқты құю ақауларын болдырмау үшін керамикалық фазаларды қосу нәтижесінде пайда болатын микроқұрылымдық өзгерістерді мұқият зерделеу және бақылау қажет. икемділік.жыныс.
Бұл зерттеудің нәтижелері әртүрлі құрылымдық материалдармен және HEA-мен салыстырылды: (a) созылу және аққыштық беріктігі62, (b) икемділікке қарсы арнайы шығымдылық кернеуі63 және (c) аққыштық күші және қаттылық65.
SiC қосылған HEA CoCrFeNi жүйесіне негізделген HEA-керамикалық композиттер сериясының микроқұрылымы мен механикалық қасиеттері зерттеліп, келесі қорытындылар жасалды:
Жоғары энтропиялы қорытпа композиттерін доғалық балқыту әдісін қолдана отырып, CoCrFeNi HEA-ға SiC қосу арқылы сәтті жасауға болады.
SiC доғалық балқыту кезінде ыдырайды, бұл in situ карбидтік, силицидтік және графиттік фазалардың түзілуіне әкеледі, олардың болуы мен көлемдік үлесі негіздік HEA-ға қосылған SiC мөлшеріне байланысты.
HEA композиттері көптеген тамаша механикалық қасиеттерді көрсетеді, олар аққыштық пен созылу сызбасында бұрын бос орындарға жататын қасиеттерге ие.Масс 6% SiC көмегімен жасалған HEA композитінің шығымдылығы 37% икемділігін сақтай отырып, негізгі HEA-дан сегіз есе артық болды.
HEA композиттерінің қаттылығы мен аққыштық шегі сусымалы металл шыныларының (BMG) диапазонында.
Нәтижелер жоғары энтропиялы қорытпалы композиттер алдыңғы қатарлы құрылымдық қосымшалар үшін металл-механикалық қасиеттердің тамаша үйлесіміне қол жеткізудің перспективалы тәсілі болып табылатынын көрсетеді.
Жіберу уақыты: 12 шілде 2023 ж