Ang CoCrFeNi ay isang mahusay na pinag-aralan na face-centered cubic (fcc) high-entropy alloy (HEA) na may mahusay na ductility ngunit limitado ang lakas.Ang pokus ng pag-aaral na ito ay sa pagpapabuti ng balanse ng lakas at ductility ng naturang mga HEA sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang halaga ng SiC gamit ang arc melting method.Ito ay itinatag na ang pagkakaroon ng chromium sa base HEA ay nagiging sanhi ng agnas ng SiC sa panahon ng pagtunaw.Kaya, ang pakikipag-ugnayan ng libreng carbon sa chromium ay humahantong sa in situ na pagbuo ng chromium carbide, habang ang libreng silicon ay nananatili sa solusyon sa base HEA at/o nakikipag-ugnayan sa mga elemento na bumubuo sa base HEA upang bumuo ng mga silicide.Habang tumataas ang nilalaman ng SiC, nagbabago ang bahagi ng microstructure sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: fcc → fcc + eutectic → fcc + chromium carbide flakes → fcc + chromium carbide flakes + silicide → fcc + chromium carbide flakes + silicide + graphite balls / graphite flakes.Ang mga nagresultang composite ay nagpapakita ng napakalawak na hanay ng mga mekanikal na katangian (lakas ng ani mula 277 MPa sa higit sa 60% na pagpahaba hanggang 2522 MPa sa 6% na pagpahaba) kumpara sa mga maginoo na haluang metal at mataas na entropy na haluang metal.Ang ilan sa mga mataas na entropy composites na binuo ay nagpapakita ng isang mahusay na kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian (lakas ng ani 1200 MPa, pagpahaba 37%) at sumasakop sa dati nang hindi matamo na mga rehiyon sa yield stress-elongation diagram.Bilang karagdagan sa kapansin-pansing pagpahaba, ang katigasan at lakas ng ani ng HEA composites ay nasa parehong hanay ng mga bulk metal na baso.Samakatuwid, pinaniniwalaan na ang pagbuo ng mga high-entropy composites ay makakatulong na makamit ang isang mahusay na kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian para sa mga advanced na structural application.
Ang pagbuo ng mataas na entropy alloys ay isang promising bagong konsepto sa metalurhiya1,2.Ang mataas na entropy alloys (HEA) ay nagpakita sa ilang mga kaso ng isang mahusay na kumbinasyon ng pisikal at mekanikal na mga katangian, kabilang ang mataas na thermal stability3,4 superplastic elongation5,6 fatigue resistance7,8 corrosion resistance9,10,11, mahusay na wear resistance12,13,14 ,15 at tribological properties15 ,16,17 kahit na sa mataas na temperatura18,19,20,21,22 at mekanikal na katangian sa mababang temperatura23,24,25.Ang mahusay na kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian sa HEA ay kadalasang iniuugnay sa apat na pangunahing epekto, katulad ng mataas na configurational entropy26, malakas na sala-sala distortion27, mabagal na pagsasabog28 at cocktail effect29.Ang mga HEA ay karaniwang inuri bilang mga uri ng FCC, BCC at HCP.Ang FCC HEA ay karaniwang naglalaman ng mga elemento ng paglipat tulad ng Co, Cr, Fe, Ni at Mn at nagpapakita ng mahusay na ductility (kahit sa mababang temperatura25) ngunit mababang lakas.Ang BCC HEA ay karaniwang binubuo ng mga elementong may mataas na density tulad ng W, Mo, Nb, Ta, Ti at V at may napakataas na lakas ngunit mababa ang ductility at mababang tiyak na lakas30.
Ang microstructural modification ng HEA batay sa machining, thermomechanical processing at pagdaragdag ng mga elemento ay sinisiyasat upang makuha ang pinakamahusay na kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian.Ang CoCrFeMnNi FCC HEA ay sumasailalim sa matinding plastic deformation sa pamamagitan ng high-pressure torsion, na humahantong sa isang makabuluhang pagtaas sa tigas (520 HV) at lakas (1950 MPa), ngunit ang pagbuo ng isang nanocrystalline microstructure (~50 nm) ay ginagawang malutong ang haluang metal31 .Napag-alaman na ang pagsasama ng twinning ductility (TWIP) at transformation induced plasticity (TRIP) sa CoCrFeMnNi HEAs ay nagbibigay ng magandang work hardenability na nagreresulta sa mataas na tensile ductility, kahit na sa gastos ng aktwal na mga halaga ng tensile strength.Sa ibaba (1124 MPa) 32. Ang pagbuo ng isang layered microstructure (binubuo ng isang manipis na deformed layer at isang undeformed core) sa CoCrFeMnNi HEA gamit ang shot peening ay nagresulta sa pagtaas ng lakas, ngunit ang pagpapabuti na ito ay limitado sa humigit-kumulang 700 MPa33.Sa paghahanap ng mga materyales na may pinakamahusay na kumbinasyon ng lakas at ductility, ang pagbuo ng mga multiphase na HEA at eutectic na HEA gamit ang mga pagdaragdag ng mga non-isoatomic na elemento ay sinisiyasat din34,35,36,37,38,39,40,41.Sa katunayan, natagpuan na ang isang mas pinong pamamahagi ng matigas at malambot na mga yugto sa mga eutectic na high-entropy na haluang metal ay maaaring humantong sa isang medyo mas mahusay na kumbinasyon ng lakas at ductility35,38,42,43.
Ang CoCrFeNi system ay isang malawak na pinag-aralan na single-phase FCC high-entropy alloy.Ang sistemang ito ay nagpapakita ng mabilis na mga katangian ng pagpapatigas sa trabaho44 at mahusay na ductility45,46 sa parehong mababa at mataas na temperatura.Ang iba't ibang mga pagtatangka ay ginawa upang mapabuti ang medyo mababang lakas nito (~300 MPa)47,48 kabilang ang pagpipino ng butil25, heterogenous microstructure49, precipitation50,51,52 at transformation-induced plasticity (TRIP)53.Ang pagpino ng butil ng cast face-centered cubic HEA CoCrFeNi sa pamamagitan ng malamig na pagguhit sa ilalim ng matitinding kondisyon ay nagpapataas ng lakas mula sa humigit-kumulang 300 MPa47.48 hanggang 1.2 GPa25, ngunit binabawasan ang pagkawala ng ductility mula sa higit sa 60% hanggang 12.6%.Ang pagdaragdag ng Al sa HEA ng CoCrFeNi ay nagresulta sa pagbuo ng isang heterogenous microstructure, na nagpapataas ng lakas ng ani nito sa 786 MPa at ang kamag-anak na pagpahaba nito sa halos 22%49.Ang CoCrFeNi HEA ay idinagdag kasama ng Ti at Al upang bumuo ng mga precipitates, at sa gayon ay bumubuo ng pagpapalakas ng pag-ulan, pagtaas ng lakas ng ani nito sa 645 MPa at pagpapahaba sa 39%51.Ang TRIP mechanism (face-centered cubic → hexahedral martensitic transformation) at twinning ay nagpapataas ng tensile strength ng CoCrFeNi HEA sa 841 MPa at elongation sa break sa 76%53.
Ang mga pagtatangka ay ginawa din upang magdagdag ng ceramic reinforcement sa HEA face centered cubic matrix upang bumuo ng mataas na entropy composites na maaaring magpakita ng isang mas mahusay na kumbinasyon ng lakas at ductility.Ang mga composite na may mataas na entropy ay naproseso sa pamamagitan ng vacuum arc melting44, mechanical alloying45,46,47,48,52,53, spark plasma sintering46,51,52, vacuum hot pressing45, hot isostatic pressing47,48 at ang pagbuo ng additive manufacturing process43, 50.Ang mga karbida, oxide at nitrides tulad ng WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 at Y2O351 ay ginamit bilang ceramic reinforcement sa pagbuo ng HEA composites.Ang pagpili ng tamang HEA matrix at ceramic ay lalong mahalaga sa pagdidisenyo at pagbuo ng isang malakas at matibay na HEA composite.Sa gawaing ito, napili ang CoCrFeNi bilang materyal ng matrix.Ang iba't ibang halaga ng SiC ay idinagdag sa CoCrFeNi HEA at ang epekto nito sa microstructure, komposisyon ng phase, at mga mekanikal na katangian ay pinag-aralan.
Ang mga high-purity na metal Co, Cr, Fe, at Ni (99.95 wt %) at SiC powder (purity 99%, size -400 mesh) sa anyo ng mga elementary particle ay ginamit bilang hilaw na materyales para sa paglikha ng HEA composites.Ang isoatomic na komposisyon ng CoCrFeNi HEA ay unang inilagay sa isang hemispherical na water-cooled na tansong amag, at pagkatapos ay ang silid ay inilikas sa 3·10-5 mbar.Ang mataas na kadalisayan ng argon gas ay ipinakilala upang makamit ang vacuum na kinakailangan para sa pagtunaw ng arko gamit ang mga hindi nauubos na tungsten electrodes.Ang mga resultang ingots ay inverted at remelted limang beses upang matiyak ang magandang homogeneity.Ang mga high-entropy na composite ng iba't ibang komposisyon ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang tiyak na halaga ng SiC sa mga nagresultang equiatomic na mga pindutan ng CoCrFeNi, na muling na-homogenize ng limang-tiklop na inversion at remelting sa bawat kaso.Ang molded button mula sa resultang composite ay pinutol gamit ang EDM para sa karagdagang pagsubok at characterization.Ang mga sample para sa microstructural na pag-aaral ay inihanda ayon sa mga karaniwang pamamaraan ng metallographic.Una, ang mga sample ay sinuri gamit ang isang light microscope (Leica Microscope DM6M) na may software na Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) para sa quantitative phase analysis.Tatlong larawang kinunan sa iba't ibang lugar na may kabuuang lawak na humigit-kumulang 27,000 µm2 ang napili para sa pagsusuri ng bahagi.Ang karagdagang detalyadong pag-aaral ng microstructural, kabilang ang pagtatasa ng komposisyon ng kemikal at pagsusuri sa pamamahagi ng elemento, ay isinagawa sa isang scanning electron microscope (JEOL JSM-6490LA) na nilagyan ng isang energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis system.Ang paglalarawan ng kristal na istraktura ng HEA composite ay isinagawa gamit ang isang X-ray diffraction system (Bruker D2 phase shifter) gamit ang isang CuKα source na may sukat na hakbang na 0.04 °.Ang epekto ng mga pagbabago sa microstructural sa mga mekanikal na katangian ng HEA composites ay pinag-aralan gamit ang Vickers microhardness test at compression test.Para sa hardness test, ang isang load na 500 N ay inilapat para sa 15 s gamit ang hindi bababa sa 10 indentations bawat specimen.Ang mga pagsubok sa compression ng HEA composites sa temperatura ng silid ay isinagawa sa mga hugis-parihaba na ispesimen (7 mm × 3 mm × 3 mm) sa isang Shimadzu 50KN universal testing machine (UTM) sa isang paunang strain rate na 0.001/s.
Ang mga high entropy composites, pagkatapos ay tinutukoy bilang mga sample na S-1 hanggang S-6, ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, at 17% SiC (lahat ayon sa timbang%) sa isang CoCrFeNi matrix .ayon sa pagkakabanggit.Ang reference na sample kung saan walang SiC ang idinagdag ay pagkatapos ay tinutukoy bilang sample S-0.Ang mga optical micrograph ng binuo na mga composite ng HEA ay ipinapakita sa Fig.1, kung saan, dahil sa pagdaragdag ng iba't ibang mga additives, ang single-phase microstructure ng CoCrFeNi HEA ay binago sa isang microstructure na binubuo ng maraming mga phase na may iba't ibang morpolohiya, laki, at pamamahagi.Ang dami ng SiC sa komposisyon.Ang halaga ng bawat yugto ay natukoy mula sa pagsusuri ng imahe gamit ang LAS Phase Expert software.Ang inset sa Figure 1 (kanan sa itaas) ay nagpapakita ng isang halimbawang lugar para sa pagsusuring ito, pati na rin ang bahagi ng bahagi para sa bawat bahagi ng bahagi.
Optical micrographs ng binuong high-entropy composites: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 at (f) C- 6.Ang inset ay nagpapakita ng isang halimbawa ng mga resulta ng pagsusuri sa phase ng larawan na nakabatay sa kaibahan gamit ang software ng LAS Phase Expert.
Gaya ng ipinapakita sa fig.1a, isang eutectic microstructure na nabuo sa pagitan ng matrix volume ng C-1 composite, kung saan ang halaga ng matrix at eutectic phase ay tinatantya bilang 87.9 ± 0.47% at 12.1% ± 0.51%, ayon sa pagkakabanggit.Sa composite (C-2) na ipinapakita sa Fig. 1b, walang mga palatandaan ng isang eutectic reaction sa panahon ng solidification, at isang microstructure na ganap na naiiba mula sa C-1 composite ay sinusunod.Ang microstructure ng C-2 composite ay medyo pino at binubuo ng manipis na mga plato (carbides) na pantay na ipinamamahagi sa matrix phase (fcc).Ang mga fraction ng volume ng matrix at carbide ay tinatantya sa 72 ± 1.69% at 28 ± 1.69%, ayon sa pagkakabanggit.Bilang karagdagan sa matrix at carbide, isang bagong phase (silicide) ang natagpuan sa C-3 composite, tulad ng ipinapakita sa Fig. 1c, kung saan ang mga volume fraction ng naturang silicide, carbide, at matrix phase ay tinatantya sa humigit-kumulang 26.5% ± 0.41%, 25.9 ± 0.53, at 47.6 ± 0.34, ayon sa pagkakabanggit.Ang isa pang bagong yugto (grapayt) ay naobserbahan din sa microstructure ng C-4 composite;kabuuang apat na yugto ang natukoy.Ang graphite phase ay may natatanging globular na hugis na may madilim na contrast sa mga optical na imahe at naroroon lamang sa maliliit na halaga (tinantyang volume fraction ay halos 0.6 ± 0.30%) lamang.Sa mga composite na C-5 at C-6, tatlong phase lamang ang natukoy, at ang dark contrasting graphite phase sa mga composite na ito ay lumilitaw sa anyo ng mga flakes.Kung ikukumpara sa mga graphite flakes sa Composite S-5, ang mga graphite flakes sa Composite S-6 ay mas malawak, mas maikli, at mas regular.Ang isang katumbas na pagtaas sa nilalaman ng grapayt ay naobserbahan din mula sa 14.9 ± 0.85% sa C-5 composite hanggang sa humigit-kumulang 17.4 ± 0.55% sa C-6 composite.
Upang higit pang maimbestigahan ang detalyadong microstructure at kemikal na komposisyon ng bawat yugto sa HEA composite, ang mga sample ay napagmasdan gamit ang SEM, at ang EMF point analysis at chemical mapping ay isinagawa din.Ang mga resulta para sa composite C-1 ay ipinapakita sa fig.2, kung saan ang pagkakaroon ng mga eutectic mixtures na naghihiwalay sa mga rehiyon ng pangunahing yugto ng matrix ay malinaw na nakikita.Ang kemikal na mapa ng composite C-1 ay ipinapakita sa Fig. 2c, kung saan makikita na ang Co, Fe, Ni, at Si ay pantay na ipinamamahagi sa matrix phase.Gayunpaman, ang isang maliit na halaga ng Cr ay natagpuan sa matrix phase kumpara sa iba pang mga elemento ng base HEA, na nagmumungkahi na ang Cr ay nagkalat sa labas ng matrix.Ang komposisyon ng puting eutectic phase sa imahe ng SEM ay mayaman sa chromium at carbon, na nagpapahiwatig na ito ay chromium carbide.Ang kawalan ng mga discrete SiC particle sa microstructure, na sinamahan ng naobserbahang mababang nilalaman ng chromium sa matrix at ang pagkakaroon ng mga eutectic mixtures na naglalaman ng chromium-rich phase, ay nagpapahiwatig ng kumpletong agnas ng SiC sa panahon ng pagtunaw.Bilang resulta ng agnas ng SiC, natutunaw ang silicon sa matrix phase, at ang libreng carbon ay nakikipag-ugnayan sa chromium upang bumuo ng chromium carbide.Tulad ng makikita, tanging ang carbon lamang ang husay na tinutukoy ng paraan ng EMF, at ang pagbuo ng phase ay nakumpirma sa pamamagitan ng pagkakakilanlan ng mga katangian ng carbide peak sa mga pattern ng X-ray diffraction.
(a) SEM imahe ng sample na S-1, (b) pinalaki na imahe, (c) elemento ng mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
Ang pagsusuri ng composite C-2 ay ipinapakita sa fig.3. Katulad ng hitsura sa optical microscopy, ang pagsusuri ng SEM ay nagsiwalat ng isang magandang istraktura na binubuo lamang ng dalawang yugto, na may pagkakaroon ng manipis na lamellar phase na pantay na ipinamamahagi sa buong istraktura.matrix phase, at walang eutectic phase.Ang pamamahagi ng elemento at pagsusuri ng punto ng EMF ng lamellar phase ay nagsiwalat ng medyo mataas na nilalaman ng Cr (dilaw) at C (berde) sa yugtong ito, na muling nagpapahiwatig ng agnas ng SiC sa panahon ng pagtunaw at ang pakikipag-ugnayan ng inilabas na carbon na may chromium effect. .Ang VEA matrix ay bumubuo ng isang lamellar carbide phase.Ang distribusyon ng mga elemento at point analysis ng matrix phase ay nagpakita na ang karamihan sa cobalt, iron, nickel at silicon ay naroroon sa matrix phase.
(a) SEM imahe ng sample na S-2, (b) pinalaki na imahe, (c) elemento ng mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
Ang mga pag-aaral ng SEM ng C-3 composites ay nagsiwalat ng pagkakaroon ng mga bagong phase bilang karagdagan sa mga carbide at matrix phase.Ang elemental na mapa (Fig. 4c) at EMF point analysis (Fig. 4d) ay nagpapakita na ang bagong phase ay mayaman sa nickel, cobalt, at silicon.
(a) SEM imahe ng sample na S-3, (b) pinalaki na imahe, (c) elemento ng mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
Ang mga resulta ng pagsusuri ng SEM at EMF ng C-4 composite ay ipinapakita sa Fig.5. Bilang karagdagan sa tatlong phase na naobserbahan sa composite C-3, natagpuan din ang pagkakaroon ng graphite nodules.Ang bahagi ng dami ng bahaging mayaman sa silikon ay mas mataas din kaysa sa komposisyon ng C-3.
(a) SEM imahe ng sample na S-4, (b) pinalaki na imahe, (c) elemento ng mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
Ang mga resulta ng SEM at EMF spectra ng composites S-5 at S-6 ay ipinapakita sa Figures 1 at 2. 6 at 7, ayon sa pagkakabanggit.Bilang karagdagan sa isang maliit na bilang ng mga sphere, ang pagkakaroon ng mga graphite flakes ay naobserbahan din.Parehong mas malaki ang bilang ng mga graphite flakes at ang volume fraction ng phase na naglalaman ng silicon sa C-6 composite kaysa sa C-5 composite.
(a) SEM imahe ng sample na C-5, (b) pinalaki na view, (c) elemental na mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
(a) SEM imahe ng sample na S-6, (b) pinalaki na imahe, (c) elemento ng mapa, (d) EMF resulta sa ipinahiwatig na mga lokasyon.
Ang pagkilala sa istruktura ng kristal ng mga komposisyon ng HEA ay isinagawa din gamit ang mga sukat ng XRD.Ang resulta ay ipinapakita sa Figure 8. Sa pattern ng diffraction ng base WEA (S-0), tanging ang mga peak na tumutugma sa fcc phase ang makikita.Ang mga pattern ng diffraction ng X-ray ng mga composite na C-1, C-2, at C-3 ay nagsiwalat ng pagkakaroon ng mga karagdagang peak na tumutugma sa chromium carbide (Cr7C3), at ang kanilang intensity ay mas mababa para sa mga sample na C-3 at C-4, na nagpapahiwatig na kasama din ang data EMF para sa mga sample na ito.Ang mga taluktok na tumutugma sa Co/Ni silicides ay na-obserbahan para sa mga sample na S-3 at S-4, muli na naaayon sa mga resulta ng pagmamapa ng EDS na ipinapakita sa Mga Figure 2 at 3. Tulad ng ipinapakita sa Figure 3 at Figure 4. Ang 5 at S-6 peak ay naobserbahan katumbas ng grapayt.
Ang parehong microstructural at crystallographic na mga katangian ng binuo na mga composite ay nagpapahiwatig ng agnas ng idinagdag na SiC.Ito ay dahil sa pagkakaroon ng chromium sa VEA matrix.Ang Chromium ay may napakalakas na pagkakaugnay para sa carbon 54.55 at tumutugon sa libreng carbon upang bumuo ng mga karbida, gaya ng ipinahiwatig ng naobserbahang pagbaba sa nilalaman ng chromium ng matrix.Ang Si ay pumasa sa fcc phase dahil sa dissociation ng SiC56.Kaya, ang isang pagtaas sa pagdaragdag ng SiC sa base HEA ay humantong sa isang pagtaas sa dami ng carbide phase at ang halaga ng libreng Si sa microstructure.Napag-alaman na ang karagdagang Si na ito ay idineposito sa matrix sa mababang konsentrasyon (sa mga pinagsama-samang S-1 at S-2), habang sa mas mataas na mga konsentrasyon (composites S-3 hanggang S-6) nagreresulta ito sa karagdagang pag-deposito ng cobalt/.nickel silicide.Ang karaniwang enthalpy ng pagbuo ng Co at Ni silicides, na nakuha sa pamamagitan ng direktang synthesis ng mataas na temperatura na calorimetry, ay -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 para sa Co2Si, CoSi at CoSi2, ayon sa pagkakabanggit, habang ang mga ito ang mga halaga ay – 50.6 ± 1.7 at – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 para sa Ni2Si at Ni5Si2, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga halagang ito ay mas mababa kaysa sa init ng pagbuo ng SiC, na nagpapahiwatig na ang dissociation ng SiC na humahantong sa pagbuo ng Co/Ni silicides ay masigasig na kanais-nais.Sa parehong mga composite ng S-5 at S-6, mayroong karagdagang libreng silikon, na nasisipsip sa kabila ng pagbuo ng silicide.Ang libreng silicon na ito ay natagpuang nag-aambag sa graphitization na naobserbahan sa mga maginoo na bakal58.
Ang mga mekanikal na katangian ng nabuong ceramic-reinforced composites batay sa HEA ay sinisiyasat ng mga compression test at hardness test.Ang mga kurba ng stress-strain ng binuo na mga composite ay ipinapakita sa Fig.9a, at sa Fig. 9b ay nagpapakita ng isang scatterplot sa pagitan ng tiyak na lakas ng ani, lakas ng ani, tigas, at pagpahaba ng mga nabuong composite.
(a) Compressive strain curves at (b) scatterplots na nagpapakita ng tiyak na yield stress, yield strength, hardness at elongation.Tandaan na ang mga specimen lang na S-0 hanggang S-4 ang ipinapakita, dahil ang mga specimen na S-5 at S-6 ay naglalaman ng mga makabuluhang depekto sa paghahagis.
Gaya ng nakikita sa fig.9, ang lakas ng ani ay tumaas mula 136 MPa para sa base VES (C-0) hanggang 2522 MPa para sa C-4 composite.Kung ikukumpara sa pangunahing WPP, ang S-2 composite ay nagpakita ng napakahusay na pagpahaba hanggang sa kabiguan na humigit-kumulang 37%, at nagpakita rin ng mas mataas na halaga ng lakas ng ani (1200 MPa).Ang mahusay na kumbinasyon ng lakas at ductility ng composite na ito ay dahil sa pagpapabuti sa pangkalahatang microstructure, kabilang ang pare-parehong pamamahagi ng fine carbide lamellae sa buong microstructure, na inaasahang makakapigil sa paggalaw ng dislokasyon.Ang mga lakas ng ani ng C-3 at C-4 composites ay 1925 MPa at 2522 MPa, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga mataas na lakas ng ani ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mataas na dami ng bahagi ng cemented carbide at silicide phase.Gayunpaman, ang pagkakaroon ng mga phase na ito ay nagresulta din sa isang pagpahaba sa break na 7% lamang.Ang stress-strain curves ng base composites CoCrFeNi HEA (S-0) at S-1 ay matambok, na nagpapahiwatig ng pag-activate ng twinning effect o TRIP59,60.Kung ikukumpara sa sample na S-1, ang stress-strain curve ng sample S-2 ay may malukong hugis sa isang strain na humigit-kumulang 10.20%, na nangangahulugang ang normal na dislocation slip ay ang pangunahing mode ng deformation ng sample sa deformed state na ito60,61 .Gayunpaman, ang rate ng hardening sa ispesimen na ito ay nananatiling mataas sa isang malaking hanay ng strain, at sa mas mataas na mga strain ay makikita rin ang paglipat sa convexity (bagaman hindi ito maaaring maalis na ito ay dahil sa pagkabigo ng lubricated compressive load).).Ang mga composite C-3 at C-4 ay may limitadong plasticity lamang dahil sa pagkakaroon ng mas mataas na dami ng mga fraction ng carbides at silicide sa microstructure.Hindi isinagawa ang mga compression test ng mga sample ng composites C-5 at C-6 dahil sa makabuluhang mga depekto sa casting sa mga sample na ito ng composites (tingnan ang Fig. 10).
Stereomicrographs ng casting defects (ipinahiwatig ng mga pulang arrow) sa mga sample ng composites C-5 at C-6.
Ang mga resulta ng pagsukat ng katigasan ng mga komposisyon ng VEA ay ipinapakita sa Fig.9b.Ang base WEA ay may tigas na 130±5 HV, at ang mga sample na S-1, S-2, S-3 at S-4 ay may mga halaga ng tigas na 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV at 755±20 HV.Ang pagtaas sa katigasan ay mahusay na sumang-ayon sa pagbabago sa lakas ng ani na nakuha mula sa mga pagsubok sa compression at nauugnay sa pagtaas ng dami ng mga solid sa composite.Ang kinakalkula na tiyak na lakas ng ani batay sa target na komposisyon ng bawat sample ay ipinapakita din sa fig.9b.Sa pangkalahatan, ang pinakamahusay na kumbinasyon ng lakas ng ani (1200 MPa), tigas (275 ± 10 HV), at kamag-anak na pagpahaba sa pagkabigo (~37%) ay sinusunod para sa composite C-2.
Ang paghahambing ng lakas ng ani at kamag-anak na pagpahaba ng binuo na composite sa mga materyales ng iba't ibang klase ay ipinapakita sa Fig. 11a.Ang mga composite batay sa CoCrFeNi sa pag-aaral na ito ay nagpakita ng mataas na pagpahaba sa anumang naibigay na antas ng stress62.Makikita rin na ang mga katangian ng HEA composites na binuo sa pag-aaral na ito ay namamalagi sa dati nang hindi inookupahan na rehiyon ng plot ng yield strength versus elongation.Bilang karagdagan, ang binuo na mga composite ay may malawak na hanay ng mga kumbinasyon ng lakas (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa at 2522 MPa) at pagpahaba (>60%, 37%, 7.3% at 6.19%).Ang lakas ng ani ay isa ring mahalagang salik sa pagpili ng mga materyales para sa mga advanced na aplikasyon sa engineering63,64.Kaugnay nito, ang HEA composites ng kasalukuyang imbensyon ay nagpapakita ng isang mahusay na kumbinasyon ng lakas ng ani at pagpahaba.Ito ay dahil ang pagdaragdag ng mababang density ng SiC ay nagreresulta sa mga composite na may mataas na tiyak na lakas ng ani.Ang tiyak na lakas ng ani at pagpahaba ng HEA composites ay nasa parehong hanay ng HEA FCC at refractory HEA, tulad ng ipinapakita sa Fig. 11b.Ang katigasan at lakas ng ani ng mga nabuong composite ay nasa parehong hanay tulad ng para sa napakalaking metal na baso65 (Larawan 11c).Ang napakalaking metal na baso (BMS) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na tigas at lakas ng ani, ngunit ang kanilang pagpahaba ay limitado66,67.Gayunpaman, ang katigasan at lakas ng ani ng ilan sa mga composite ng HEA na binuo sa pag-aaral na ito ay nagpakita rin ng makabuluhang pagpahaba.Kaya, napagpasyahan na ang mga composite na binuo ng VEA ay may natatangi at hinahangad na kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian para sa iba't ibang mga aplikasyon sa istruktura.Ang natatanging kumbinasyon ng mga mekanikal na katangian ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pare-parehong pagpapakalat ng mga hard carbide na nabuo sa lugar sa FCC HEA matrix.Gayunpaman, bilang bahagi ng layunin na makamit ang isang mas mahusay na kumbinasyon ng lakas, ang mga pagbabago sa microstructural na nagreresulta mula sa pagdaragdag ng mga ceramic phase ay dapat na maingat na pag-aralan at kontrolin upang maiwasan ang mga depekto sa paghahagis, tulad ng mga matatagpuan sa S-5 at S-6 composites, at kalagkitan.kasarian.
Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay inihambing sa iba't ibang structural materials at HEAs: (a) elongation versus yield strength62, (b) specific yield stress versus ductility63 at (c) yield strength versus hardness65.
Ang microstructure at mekanikal na katangian ng isang serye ng HEA-ceramic composites batay sa HEA CoCrFeNi system kasama ang pagdaragdag ng SiC ay napag-aralan at ang mga sumusunod na konklusyon ay ginawa:
Ang mga high entropy alloy composites ay maaaring matagumpay na mabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng SiC sa CoCrFeNi HEA gamit ang arc melting method.
Ang SiC ay nabubulok sa panahon ng pagtunaw ng arko, na humahantong sa pagbuo ng in situ ng carbide, silicide at graphite phase, ang presensya at dami ng bahagi nito ay nakasalalay sa dami ng SiC na idinagdag sa base HEA.
Ang mga composite ng HEA ay nagpapakita ng maraming mahuhusay na mekanikal na katangian, na may mga katangiang nahuhulog sa mga lugar na dati nang walang tao sa lakas ng ani kumpara sa elongation plot.Ang lakas ng ani ng HEA composite na ginawa gamit ang 6 wt% SiC ay higit sa walong beses kaysa sa base HEA habang pinapanatili ang 37% ductility.
Ang katigasan at lakas ng ani ng HEA composites ay nasa hanay ng bulk metallic glasses (BMG).
Ang mga natuklasan ay nagmumungkahi na ang mga high-entropy alloy composites ay kumakatawan sa isang promising na diskarte sa pagkamit ng isang mahusay na kumbinasyon ng mga metal-mechanical na katangian para sa mga advanced na structural application.
Oras ng post: Hul-12-2023