CoCrFeNi ir labi izpētīts seju centrēts kubiskais (fcc) augstas entropijas sakausējums (HEA) ar izcilu elastību, bet ierobežotu izturību.Šī pētījuma uzmanības centrā ir šādu HEA izturības un elastības līdzsvara uzlabošana, pievienojot dažādus SiC daudzumus, izmantojot loka kausēšanas metodi.Konstatēts, ka hroma klātbūtne bāzes HEA izraisa SiC sadalīšanos kušanas laikā.Tādējādi brīvā oglekļa mijiedarbība ar hromu izraisa hroma karbīdu veidošanos in situ, savukārt brīvais silīcijs paliek šķīdumā bāzes HEA un/vai mijiedarbojas ar elementiem, kas veido bāzes HEA, veidojot silicīdus.Palielinoties SiC saturam, mikrostruktūras fāze mainās šādā secībā: fcc → fcc + eitektiskais → fcc + hroma karbīda pārslas → fcc + hroma karbīda pārslas + silicīds → fcc + hroma karbīda pārslas + silicīds + grafīta lodītes / grafīta pārslas.Iegūtajiem kompozītmateriāliem ir ļoti plašs mehānisko īpašību klāsts (ražošanas stiprums svārstās no 277 MPa pie pagarinājuma virs 60% līdz 2522 MPa pie pagarinājuma 6%), salīdzinot ar parastajiem sakausējumiem un augstas entropijas sakausējumiem.Daži no izstrādātajiem augstas entropijas kompozītmateriāliem uzrāda izcilu mehānisko īpašību kombināciju (teces stiprums 1200 MPa, pagarinājums 37%) un aizņem iepriekš nesasniedzamos reģionus tecēšanas sprieguma-pagarinājuma diagrammā.Papildus ievērojamajam pagarinājumam HEA kompozītmateriālu cietība un tecēšanas robeža ir tādā pašā diapazonā kā lielapjoma metāla stikliem.Tāpēc tiek uzskatīts, ka augstas entropijas kompozītmateriālu izstrāde var palīdzēt sasniegt izcilu mehānisko īpašību kombināciju progresīviem strukturāliem lietojumiem.
Augstas entropijas sakausējumu izstrāde ir daudzsološa jauna koncepcija metalurģijā1,2.Augstas entropijas sakausējumi (HEA) vairākos gadījumos ir parādījuši lielisku fizikālo un mehānisko īpašību kombināciju, tostarp augstu termisko stabilitāti3,4 superplastisko pagarinājumu5,6 noguruma izturību7,8 izturību pret koroziju9,10,11, izcilu nodilumizturību12,13,14. ,15 un triboloģiskās īpašības15 ,16,17 pat augstā temperatūrā18,19,20,21,22 un mehāniskās īpašības zemā temperatūrā23,24,25.Lieliskā HEA mehānisko īpašību kombinācija parasti tiek attiecināta uz četriem galvenajiem efektiem, proti, augstu konfigurācijas entropiju26, spēcīgu režģa kropļojumu27, lēnu difūziju un kokteiļa efektu29.HEA parasti klasificē kā FCC, BCC un HCP veidus.FCC HEA parasti satur pārejas elementus, piemēram, Co, Cr, Fe, Ni un Mn, un tam ir lieliska elastība (pat zemā temperatūrā25), bet zema izturība.BCC HEA parasti sastāv no augsta blīvuma elementiem, piemēram, W, Mo, Nb, Ta, Ti un V, un tam ir ļoti augsta izturība, bet zema elastība un zema īpatnējā izturība30.
Lai iegūtu vislabāko mehānisko īpašību kombināciju, ir izpētīta HEA mikrostrukturālā modifikācija, kas balstīta uz apstrādi, termomehānisko apstrādi un elementu pievienošanu.CoCrFeMnNi FCC HEA tiek pakļauta spēcīgai plastiskai deformācijai augstspiediena vērpes rezultātā, kas izraisa ievērojamu cietības (520 HV) un stiprības (1950 MPa) pieaugumu, bet nanokristāliskas mikrostruktūras (~50 nm) attīstība sakausējumu padara trauslu31 .Ir konstatēts, ka sadraudzības elastības (TWIP) un transformācijas izraisītās plastiskuma (TRIP) iekļaušana CoCrFeMnNi HEA nodrošina labu darba cietību, kā rezultātā tiek panākta augsta stiepes elastība, lai gan uz faktisko stiepes izturības vērtību rēķina.Zem (1124 MPa) 32. Slāņainas mikrostruktūras (kas sastāv no plāna deformēta slāņa un nedeformētas serdes) veidošanās CoCrFeMnNi HEA, izmantojot skrotis, izraisīja stiprības pieaugumu, taču šis uzlabojums bija ierobežots līdz aptuveni 700 MPa33.Meklējot materiālus ar labāko stiprības un elastības kombināciju, ir pētīta arī daudzfāzu HEA un eitektisko HEA izstrāde, izmantojot neizoatomisku elementu piedevas34,35,36,37,38,39,40,41.Patiešām, ir konstatēts, ka smalkāks cieto un mīksto fāžu sadalījums eitektiskos augstas entropijas sakausējumos var radīt salīdzinoši labāku stiprības un elastības kombināciju 35, 38, 42, 43.
CoCrFeNi sistēma ir plaši pētīts vienfāzes FCC augstas entropijas sakausējums.Šai sistēmai piemīt ātras cietināšanas īpašības44 un lieliska elastība45,46 gan zemā, gan augstā temperatūrā.Ir veikti dažādi mēģinājumi uzlabot tā relatīvi zemo izturību (~ 300 MPa) 47, 48, tostarp graudu rafinēšanu , neviendabīgu mikrostruktūru , nokrišņus 50, 51, 52 un transformācijas izraisītu plastiskumu (TRIP)53.Lieto seju centrēta kubiskā HEA CoCrFeNi graudu rafinēšana ar aukstu vilkšanu smagos apstākļos palielina izturību no aptuveni 300 MPa47,48 līdz 1,2 GPa25, bet samazina elastības zudumu no vairāk nekā 60% līdz 12,6%.Al pievienošana CoCrFeNi HEA izraisīja neviendabīgas mikrostruktūras veidošanos, kas palielināja tās tecēšanas robežu līdz 786 MPa un relatīvo pagarinājumu līdz aptuveni 22% .CoCrFeNi HEA tika pievienots ar Ti un Al, lai izveidotu nogulsnes, tādējādi veidojot nokrišņu stiprināšanu, palielinot tā tecēšanas robežu līdz 645 MPa un pagarināšanos līdz 39%51.TRIP mehānisms (uz sejas centrēta kubiskā → heksaedriskā martensīta transformācija) un sadraudzība palielināja CoCrFeNi HEA stiepes izturību līdz 841 MPa un pārrāvuma pagarinājumu līdz 76%53.
Ir veikti arī mēģinājumi pievienot keramikas stiegrojumu HEA seju centrētai kubiskajai matricai, lai izstrādātu augstas entropijas kompozītmateriālus, kas var demonstrēt labāku stiprības un elastības kombināciju.Kompozītmateriāli ar augstu entropiju ir apstrādāti ar vakuuma loka kausēšanu44, mehānisko sakausēšanu45,46,47,48,52,53, dzirksteļplazmas saķepināšanu46,51,52, vakuuma karsto presēšanu45, karsto izostatisko presēšanu47,48 un piedevu ražošanas procesu attīstību43, 50.Karbīdi, oksīdi un nitrīdi, piemēram, WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 un Y2O351, ir izmantoti kā keramikas stiegrojums HEA kompozītu izstrādē.Pareizas HEA matricas un keramikas izvēle ir īpaši svarīga, izstrādājot un izstrādājot spēcīgu un izturīgu HEA kompozītmateriālu.Šajā darbā kā matricas materiāls tika izvēlēts CoCrFeNi.CoCrFeNi HEA tika pievienoti dažādi SiC daudzumi, un tika pētīta to ietekme uz mikrostruktūru, fāzes sastāvu un mehāniskajām īpašībām.
HEA kompozītu radīšanai kā izejmateriāli tika izmantoti augstas tīrības metāli Co, Cr, Fe un Ni (99,95 masas%) un SiC pulveris (tīrība 99%, izmērs -400 acs) elementārdaļiņu veidā.CoCrFeNi HEA izoatomiskais sastāvs vispirms tika ievietots puslodes formā ar ūdeni dzesētā vara veidnē, un pēc tam kamera tika evakuēta līdz 3,10-5 mbar.Augstas tīrības pakāpes argona gāze tiek ievadīta, lai sasniegtu vakuumu, kas nepieciešams loka kausēšanai ar nepatērējamiem volframa elektrodiem.Iegūtos lietņus apgriež otrādi un pārkausē piecas reizes, lai nodrošinātu labu viendabīgumu.Dažādu kompozīciju augstas entropijas kompozītmateriāli tika sagatavoti, pievienojot noteiktu daudzumu SiC iegūtajām vienādatomiskām CoCrFeNi pogām, kuras katrā gadījumā tika atkārtoti homogenizētas, pieckārtīgi apgriežot un pārkausējot.Veidotā poga no iegūtā kompozīta tika izgriezta, izmantojot EDM turpmākai pārbaudei un raksturošanai.Mikrostrukturālo pētījumu paraugi tika sagatavoti pēc standarta metalogrāfijas metodēm.Pirmkārt, paraugi tika pārbaudīti, izmantojot gaismas mikroskopu (Leica Microscope DM6M) ar programmatūru Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) kvantitatīvās fāzes analīzei.Fāzes analīzei tika atlasīti trīs attēli, kas uzņemti dažādos apgabalos ar kopējo platību aptuveni 27 000 µm2.Turpmāki detalizēti mikrostrukturālie pētījumi, ieskaitot ķīmiskā sastāva analīzi un elementu sadalījuma analīzi, tika veikti ar skenējošo elektronu mikroskopu (JEOL JSM-6490LA), kas aprīkots ar enerģijas izkliedējošās spektroskopijas (EDS) analīzes sistēmu.HEA kompozīta kristāliskās struktūras raksturojums tika veikts, izmantojot rentgenstaru difrakcijas sistēmu (Bruker D2 fāzes nobīdi), izmantojot CuKα avotu ar soļa lielumu 0,04°.Mikrostrukturālo izmaiņu ietekme uz HEA kompozītu mehāniskajām īpašībām tika pētīta, izmantojot Vickers mikrocietības testus un kompresijas testus.Cietības pārbaudei uz 15 sekundēm pieliek 500 N slodzi, izmantojot vismaz 10 ievilkumus katram paraugam.HEA kompozītmateriālu kompresijas testi istabas temperatūrā tika veikti taisnstūrveida paraugiem (7 mm × 3 mm × 3 mm) ar Shimadzu 50KN universālo testēšanas iekārtu (UTM) ar sākotnējo deformācijas ātrumu 0, 001 / s.
Augstas entropijas kompozītmateriāli, turpmāk saukti par paraugiem S-1 līdz S-6, tika sagatavoti, pievienojot CoCrFeNi matricai 3%, 6%, 9%, 12%, 15% un 17% SiC (viss pēc svara%). .attiecīgi.Standarta paraugs, kuram nav pievienots SiC, turpmāk tiek saukts par paraugu S-0.Izstrādāto HEA kompozītu optiskie mikrogrāfi ir parādīti zīm.1, kur, pievienojot dažādas piedevas, CoCrFeNi HEA vienfāzes mikrostruktūra tika pārveidota par mikrostruktūru, kas sastāv no daudzām fāzēm ar atšķirīgu morfoloģiju, izmēriem un sadalījumu.SiC daudzums sastāvā.Katras fāzes apjoms tika noteikts, izmantojot attēlu analīzi, izmantojot LAS Phase Expert programmatūru.1. attēla ielaidumā (augšējā labajā pusē) ir parādīts šīs analīzes apgabala piemērs, kā arī katras fāzes komponentes laukuma daļa.
Izstrādāto augstas entropijas kompozītmateriālu optiskie mikrogrāfi: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 un (f) C- 6.Ielaidumā ir parādīts uz kontrastu balstītas attēla fāzes analīzes rezultātu piemērs, izmantojot LAS Phase Expert programmatūru.
Kā parādīts attēlā.1a, eitektiskā mikrostruktūra, kas veidojas starp C-1 kompozīta matricas tilpumiem, kur matricas un eitektisko fāžu daudzums tiek lēsts attiecīgi 87,9 ± 0,47% un 12,1% ± 0,51%.1.b attēlā redzamajā kompozītmateriālā (C-2) sacietēšanas laikā nav vērojamas eitektiskas reakcijas pazīmes, un tiek novērota mikrostruktūra, kas pilnīgi atšķiras no kompozītmateriāla C-1 mikrostruktūras.C-2 kompozīta mikrostruktūra ir salīdzinoši smalka un sastāv no plānām plāksnēm (karbīdiem), kas vienmērīgi sadalītas matricas fāzē (fcc).Matricas un karbīda tilpuma daļas tiek lēstas attiecīgi 72 ± 1,69% un 28 ± 1,69%.Papildus matricai un karbīdam C-3 kompozītmateriālā tika atrasta jauna fāze (silicīds), kā parādīts 1.c attēlā, kur šādu silicīda, karbīda un matricas fāžu tilpuma daļas tiek lēstas aptuveni 26,5% ± attiecīgi 0,41%, 25,9 ± 0,53 un 47,6 ± 0,34.C-4 kompozīta mikrostruktūrā tika novērota arī cita jauna fāze (grafīts);kopumā tika noteiktas četras fāzes.Grafīta fāzei ir izteikta lodveida forma ar tumšu kontrastu optiskajos attēlos, un tā ir tikai nelielos daudzumos (aptuvenā tilpuma daļa ir tikai aptuveni 0, 6 ± 0, 30%).Kompozītmateriālos C-5 un C-6 tika identificētas tikai trīs fāzes, un tumšā kontrastējošā grafīta fāze šajos kompozītmateriālos parādās pārslu veidā.Salīdzinot ar grafīta pārslām Composite S-5, grafīta pārslas Composite S-6 ir platākas, īsākas un regulārākas.Tika novērots arī atbilstošs grafīta satura pieaugums no 14,9 ± 0,85% kompozītmateriālā C-5 līdz aptuveni 17,4 ± 0,55% kompozītmateriālā C-6.
Lai sīkāk izpētītu katras HEA kompozīta fāzes detalizēto mikrostruktūru un ķīmisko sastāvu, paraugi tika pārbaudīti, izmantojot SEM, un tika veikta arī EMF punktu analīze un ķīmiskā kartēšana.Rezultāti kompozītam C-1 ir parādīti attēlā.2, kur skaidri redzama eitektisko maisījumu klātbūtne, kas atdala galvenās matricas fāzes reģionus.Kompozīta C-1 ķīmiskā karte ir parādīta 2.c attēlā, kur redzams, ka Co, Fe, Ni un Si ir vienmērīgi sadalīti matricas fāzē.Tomēr matricas fāzē tika konstatēts neliels Cr daudzums, salīdzinot ar citiem bāzes HEA elementiem, kas liecina, ka Cr izkliedējās no matricas.Baltās eitektiskās fāzes sastāvs SEM attēlā ir bagāts ar hromu un oglekli, norādot, ka tas ir hroma karbīds.Diskrētu SiC daļiņu neesamība mikrostruktūrā apvienojumā ar novēroto zemo hroma saturu matricā un ar hromu bagātu fāzes saturošu eitektisko maisījumu klātbūtni liecina par SiC pilnīgu sadalīšanos kušanas laikā.SiC sadalīšanās rezultātā silīcijs izšķīst matricas fāzē, un brīvais ogleklis mijiedarbojas ar hromu, veidojot hroma karbīdus.Kā redzams, ar EMF metodi kvalitatīvi tika noteikts tikai ogleklis, un fāzes veidošanos apstiprināja raksturīgo karbīda pīķu identificēšana rentgenstaru difrakcijas modeļos.
(a) S-1 parauga SEM attēls, (b) palielināts attēls, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
Kompozīta C-2 analīze ir parādīta attēlā.3. Līdzīgi kā optiskajā mikroskopijā, SEM pārbaude atklāja smalku struktūru, kas sastāv tikai no divām fāzēm, ar plānas lamelāras fāzes klātbūtni, kas vienmērīgi sadalīta visā struktūrā.matricas fāze, un nav eitektiskās fāzes.Lamelārās fāzes elementu sadalījuma un EML punktu analīze atklāja salīdzinoši augstu Cr (dzeltens) un C (zaļš) saturu šajā fāzē, kas atkal norāda uz SiC sadalīšanos kušanas laikā un atbrīvotā oglekļa mijiedarbību ar hroma efektu. .VEA matrica veido slāņveida karbīda fāzi.Elementu sadalījums un matricas fāzes punktu analīze parādīja, ka lielākā daļa kobalta, dzelzs, niķeļa un silīcija atrodas matricas fāzē.
(a) S-2 parauga SEM attēls, (b) palielināts attēls, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
C-3 kompozītmateriālu SEM pētījumi atklāja jaunu fāžu klātbūtni papildus karbīda un matricas fāzēm.Elementu karte (4.c att.) un EML punktu analīze (4.d att.) parāda, ka jaunā fāze ir bagāta ar niķeli, kobaltu un silīciju.
(a) S-3 parauga SEM attēls, (b) palielināts attēls, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
C-4 kompozītmateriāla SEM un EMF analīzes rezultāti ir parādīti Fig.5. Papildus trim fāzēm, kas novērotas kompozītmateriālā C-3, tika konstatēta arī grafīta mezgliņu klātbūtne.Arī ar silīciju bagātās fāzes tilpuma daļa ir lielāka nekā kompozītmateriālam C-3.
(a) S-4 parauga SEM attēls, (b) palielināts attēls, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
Kompozītu S-5 un S-6 SEM un EMF spektru rezultāti ir parādīti attiecīgi 1. un 2. 6. un 7. attēlā.Papildus nelielam skaitam sfēru tika novērota arī grafīta pārslu klātbūtne.Gan grafīta pārslu skaits, gan silīciju saturošās fāzes tilpuma daļa C-6 kompozītmateriālā ir lielāka nekā C-5 kompozītmateriālā.
(a) C-5 parauga SEM attēls, (b) palielināts skats, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
(a) S-6 parauga SEM attēls, (b) palielināts attēls, (c) elementu karte, (d) EML rezultāti norādītajās vietās.
Izmantojot XRD mērījumus, tika veikts arī HEA kompozītu kristāla struktūras raksturojums.Rezultāts parādīts 8. attēlā. Bāzes WEA (S-0) difrakcijas shēmā ir redzamas tikai fcc fāzei atbilstošās virsotnes.Kompozītmateriālu C-1, C-2 un C-3 rentgenstaru difrakcijas modeļi atklāja papildu pīķu klātbūtni, kas atbilst hroma karbīdam (Cr7C3), un to intensitāte bija zemāka paraugiem C-3 un C-4, kas norādīja uz ka arī ar datiem EMF šiem paraugiem.Pīķi, kas atbilst Co/Ni silicīdiem, tika novēroti paraugiem S-3 un S-4, kas atkal atbilst EDS kartēšanas rezultātiem, kas parādīti 2. un 3. attēlā. Kā parādīts 3. un 4. attēlā. Tika novēroti 5 un S-6 pīķi. kas atbilst grafītam.
Izstrādāto kompozītu mikrostrukturālās un kristalogrāfiskās īpašības liecināja par pievienotā SiC sadalīšanos.Tas ir saistīts ar hroma klātbūtni VEA matricā.Hromam ir ļoti spēcīga afinitāte pret oglekli 54,55, un tas reaģē ar brīvu oglekli, veidojot karbīdus, par ko liecina novērotais hroma satura samazinājums matricā.SiC56 disociācijas dēļ Si pāriet fcc fāzē.Tādējādi, palielinot SiC pievienošanu bāzes HEA, palielinājās karbīda fāzes daudzums un brīvā Si daudzums mikrostruktūrā.Konstatēts, ka šis papildu Si nogulsnējas matricā zemās koncentrācijās (kompozītos S-1 un S-2), savukārt augstākās koncentrācijās (kompozītos S-3 līdz S-6) tas rada papildu kobalta nogulsnēšanos/.niķeļa silicīds.Standarta Co un Ni silicīdu veidošanās entalpija, kas iegūta tiešās sintēzes augstas temperatūras kalorimetrijā, ir attiecīgi -37,9 ± 2,0, -49,3 ± 1,3, -34,9 ± 1,1 kJ mol -1 attiecīgi Co2Si, CoSi un CoSi2, kamēr šie vērtības ir – 50,6 ± 1,7 un – 45,1 ± 1,4 kJ mol-157 attiecīgi Ni2Si un Ni5Si2.Šīs vērtības ir zemākas par SiC veidošanās siltumu, norādot, ka SiC disociācija, kas izraisa Co/Ni silicīdu veidošanos, ir enerģētiski labvēlīga.Gan S-5, gan S-6 kompozītmateriālos bija papildu brīvais silīcijs, kas tika absorbēts ārpus silicīda veidošanās.Ir konstatēts, ka šis brīvais silīcijs veicina grafitizāciju, kas novērota parastajos tēraudos58.
Izstrādāto keramikas armēto kompozītmateriālu, kuru pamatā ir HEA, mehāniskās īpašības tiek pētītas ar kompresijas testiem un cietības testiem.Izstrādāto kompozītmateriālu sprieguma-deformācijas līknes ir parādītas zīm.9.a attēlā, un 9.b attēlā parādīts izkliedes diagramma starp īpatnējo tecēšanas robežu, tecēšanas robežu, cietību un izstrādāto kompozītmateriālu pagarinājumu.
(a) saspiešanas deformācijas līknes un (b) izkliedes diagrammas, kas parāda īpatnējo tecēšanas spriegumu, tecēšanas robežu, cietību un pagarinājumu.Ņemiet vērā, ka ir parādīti tikai paraugi S-0 līdz S-4, jo paraugiem S-5 un S-6 ir būtiski liešanas defekti.
Kā redzams attēlā.9, tecēšanas robeža palielinājās no 136 MPa bāzes VES (C-0) līdz 2522 MPa C-4 kompozītam.Salīdzinot ar pamata WPP, S-2 kompozītmateriālam bija ļoti labs pagarinājums līdz bojājumam aptuveni 37%, kā arī ievērojami augstākas tecēšanas robežas vērtības (1200 MPa).Šī kompozīta lieliskā stiprības un elastības kombinācija ir saistīta ar vispārējās mikrostruktūras uzlabošanos, tostarp vienmērīgu smalko karbīda lameļu sadalījumu visā mikrostruktūrā, kas, domājams, kavēs dislokācijas kustību.C-3 un C-4 kompozītmateriālu tecēšanas robežas ir attiecīgi 1925 MPa un 2522 MPa.Šīs augstās tecēšanas robežas var izskaidrot ar cementētā karbīda un silicīda fāžu lielo tilpuma daļu.Tomēr šo fāžu klātbūtne izraisīja arī pārtraukuma pagarinājumu tikai par 7%.Bāzes kompozītmateriālu CoCrFeNi HEA (S-0) un S-1 sprieguma-deformācijas līknes ir izliektas, kas norāda uz sadraudzības efekta vai TRIP59,60 aktivizāciju.Salīdzinot ar paraugu S-1, parauga S-2 sprieguma-deformācijas līknei ir ieliekta forma pie deformācijas aptuveni 10,20%, kas nozīmē, ka parastā dislokācijas slīdēšana ir galvenais parauga deformācijas veids šajā deformētajā stāvoklī60,61 .Tomēr sacietēšanas ātrums šajā paraugā saglabājas augsts lielā deformācijas diapazonā, un pie lielākām deformācijām ir redzama arī pāreja uz izliekumu (lai gan nevar izslēgt, ka tas ir saistīts ar eļļotas spiedes slodzes atteici).).Kompozītmateriāliem C-3 un C-4 ir tikai ierobežota plastiskums, jo mikrostruktūrā ir lielākas karbīdu un silicīdu frakcijas.Kompozītmateriālu C-5 un C-6 paraugu kompresijas testi netika veikti, jo šiem kompozītmateriālu paraugiem bija būtiski liešanas defekti (sk. 10. att.).
Lējuma defektu stereomikrogrāfi (apzīmēti ar sarkanām bultiņām) kompozītmateriālu C-5 un C-6 paraugos.
VEA kompozītmateriālu cietības mērīšanas rezultāti parādīti zīm.9b.Pamatnes WEA cietība ir 130±5 HV, un paraugiem S-1, S-2, S-3 un S-4 cietības vērtības ir 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV un 755±20 HV.Cietības pieaugums labi saskanēja ar tecēšanas robežas izmaiņām, kas iegūtas saspiešanas testos, un bija saistīts ar cietvielu daudzuma palielināšanos kompozītmateriālā.Aprēķinātā īpatnējā tecēšanas robeža, pamatojoties uz katra parauga mērķa sastāvu, ir parādīta arī attēlā.9b.Kopumā vislabākā tecēšanas robežas (1200 MPa), cietības (275 ± 10 HV) un relatīvā pagarinājuma līdz sabrukšanai (~37%) kombinācija tiek novērota kompozītam C-2.
Izstrādātā kompozīta tecēšanas robežas un relatīvā pagarinājuma salīdzinājums ar dažādu klašu materiāliem parādīts 11.a attēlā.Kompozītmateriāli, kuru pamatā ir CoCrFeNi, šajā pētījumā uzrādīja lielu pagarinājumu jebkurā stresa līmenī62.Var arī redzēt, ka šajā pētījumā izstrādāto HEA kompozītu īpašības atrodas iepriekš neaizņemtajā tecēšanas robežas un pagarinājuma diagrammas reģionā.Turklāt izstrādātajiem kompozītmateriāliem ir plašs stiprības (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa un 2522 MPa) un pagarinājuma (>60%, 37%, 7,3% un 6,19%) kombināciju klāsts.Ražas izturība ir arī svarīgs faktors, izvēloties materiālus progresīviem inženiertehniskiem lietojumiem63,64.Šajā sakarā šī izgudrojuma HEA kompozītmateriāliem ir lieliska tecēšanas robežas un pagarinājuma kombinācija.Tas ir tāpēc, ka zema blīvuma SiC pievienošana rada kompozītmateriālus ar augstu īpatnējo tecēšanas robežu.HEA kompozītu īpatnējā tecēšanas robeža un pagarinājums ir tādā pašā diapazonā kā HEA FCC un ugunsizturīgajam HEA, kā parādīts 11.b attēlā.Izstrādāto kompozītmateriālu cietība un tecēšanas robeža ir tādā pašā diapazonā kā masīvajiem metāliskajiem stikliem65 (11.c att.).Masīviem metāliskiem stikliem (BMS) ir raksturīga augsta cietība un tecēšanas robeža, taču to pagarinājums ir ierobežots66,67.Tomēr dažu šajā pētījumā izstrādāto HEA kompozītmateriālu cietība un tecēšanas stiprums arī uzrādīja ievērojamu pagarinājumu.Tādējādi tika secināts, ka VEA izstrādātajiem kompozītmateriāliem ir unikāla un pieprasīta mehānisko īpašību kombinācija dažādiem strukturālajiem pielietojumiem.Šo unikālo mehānisko īpašību kombināciju var izskaidrot ar vienmērīgu cieto karbīdu izkliedi, kas veidojas in situ FCC HEA matricā.Tomēr, lai panāktu labāku stiprības kombināciju, ir rūpīgi jāizpēta un jākontrolē mikrostrukturālās izmaiņas, kas rodas, pievienojot keramikas fāzes, lai izvairītos no liešanas defektiem, piemēram, tiem, kas atrodami S-5 un S-6 kompozītmateriālos, un plastiskums.dzimums.
Šī pētījuma rezultāti tika salīdzināti ar dažādiem konstrukcijas materiāliem un HEA: (a) pagarinājums pret tecēšanas robežu62, (b) īpatnējais tecēšanas spriegums pret elastību63 un (c) tecēšanas robeža pret cietību65.
Ir pētīta HEA-keramikas kompozītmateriālu sērijas mikrostruktūra un mehāniskās īpašības, kuru pamatā ir HEA CoCrFeNi sistēma ar SiC pievienošanu, un ir izdarīti šādi secinājumi:
Augstas entropijas sakausējumu kompozītmateriālus var veiksmīgi izstrādāt, pievienojot SiC CoCrFeNi HEA, izmantojot loka kausēšanas metodi.
SiC sadalās loka kausēšanas laikā, kā rezultātā in situ veidojas karbīda, silicīda un grafīta fāzes, kuru klātbūtne un tilpuma daļa ir atkarīga no bāzes HEA pievienotā SiC daudzuma.
HEA kompozītmateriāliem piemīt daudzas izcilas mehāniskās īpašības, kuru īpašības ietilpst iepriekš neapdzīvotās vietās tecēšanas robežās pret pagarinājumu.HEA kompozīta tecēšanas robeža, kas izgatavota, izmantojot 6 masas% SiC, bija vairāk nekā astoņas reizes lielāka nekā bāzes HEA, vienlaikus saglabājot 37% elastību.
HEA kompozītu cietība un tecēšanas robeža ir lielapjoma metāla stiklu (BMG) diapazonā.
Rezultāti liecina, ka augstas entropijas sakausējumu kompozītmateriāli ir daudzsološa pieeja, lai sasniegtu izcilu metāla mehānisko īpašību kombināciju progresīviem strukturāliem lietojumiem.
Izsūtīšanas laiks: 12. jūlijs 2023