CoCrFeNi est entropy altum entropy mixturae cubicae faciei meditatae cum optima ductilitate sed limitata vi.Focus huius studii est in statera virium et ductilis talium HAEs augendo, additis diversis ponderibus SiC utendi arcus methodi liquescentis.Constatum est praesentiam chromii in basi HEA compositionem facere in liquefactione SiC.Ita, commercium carbonis liberi cum chromium in situ formationis chromii carbidis ducit, dum liberum silicon in solutione manet in basi HEA et/vel interacte cum elementis quae basim HEA faciunt ad silicides formandas.Ut SiC contentum auget, microstructurae phases mutatur in hoc sequenti ordine: fcc → fcc + eutecticum → fcc + chromium carbide incanduit → fcc + chromium carbide incanduit + silicidium → fcc + chromium carbidum incanduit + silicide + graphite graphite / graphite incanduit.Composita inde composita valde late patentes proprietates mechanicas exhibent (vires a 277 MPa supra 60% elongationem ad 2522 MPa ad 6% elongationem praebent) comparata admixtiones conventionales et entropy alloys altum.Nonnulli altae compositorum entropiae elaboratae ostendunt optimam coniunctionem proprietatum mechanicarum (cede robur 1200 MPa, elongatio 37%), et regiones antea attingi non possunt in schemate cedente accentus-elongationis.Praeter notabilem elongationem, duritiem et vim cedunt HEA composita in aequali spatio ac mole metallica specula.Ideo, creditur progressionem altae entropy compositorum iuvare posse ad optimam compositionem proprietatum mechanicarum pro provectis applicationibus structurarum.
Progressio altarum entropyarum mixtionum est promittens novum conceptum in metallurgy1,2.Altissima entropy admixtionum (HEA) multis in casibus demonstravimus optimam compositionem proprietatum physicarum et mechanicarum, in iis altam stabilitatem3,4 superplasticam elongationem 5,6 lassitudinem resist7,8 corrosio resistentiae9,10,11, optimam lapsum resistentia12,13,14 ,15 et proprietates tribologicae 15, 16,17, etiam in calidis 18, 19, 20, 21,22 et mechanicis proprietatibus in frigidis temperaturis 23,24,25.Praeclara compositio proprietatum mechanicarum in HEA quatuor principalibus effectibus tribui solet, scilicet entropyae configurationalis altae 26, cancelli distortionis fortis 27, tardae diffusionis 28 et effectus cocktail.HAEs genera plerumque FCC, BCC et HCP collocari solent.FCC HEA typice continet elementa transitus ut Co, Cr, Fe, Ni et Mn, et ductilis optimam (etiam ad low temperiem 25) continet, sed humilis vires.BCC HEA plerumque compositae sunt ex densitate elementorum altarum, ut W, Mo, Nb, Ta, Ti et V et altissimas vires habet, sed humilis ductilis et gravis roboris specificae 30 .
Modificatio microstructuralis HEA fundata in machinis, processus thermomechanicis et elementorum additionibus exploratum est ad optimam compositionem proprietatum mechanicarum obtinere.CoCrFeMnNi FCC HEA gravi deformatio plasticae subiecta est per pressuram torsionis altae, quae ad incrementum in duritiem significantem (520 HV) et robur (1950 MPa), sed progressio microstallini (~50 um) efficit stannum fragile. .Inventum est incorporationem geminationis ductilis (TWIP) et transformationem plasticitatem inductam (TRIP) in CoCrFeMnNi HEAs conferre bonum laborem indurandi consequitur in alta ductilitate distrahendi, licet sumptu actualis roboris distrahendi.Infra (1124 MPa) 32. Formatio microstructurae iacuit (constans nucleo tenui deformato et indeformato) in CoCrFeMnNi HEA utens offa peening in augmentum virium consecuta est, sed emendatio haec ad circiter 700 MPa33 limitata erat.In quaerendis materiis cum optima compositione virium et ductilis, multiplicatio multiphasi HAEs et eutectici HAEs utens additionibus elementorum non isoatomicorum, etiam investigatum est 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,41.Reapse inventum est subtiliorem distributionem durarum et mollium incrementorum in eutecticis alte-entropy mixtiones ducere posse ad meliorem compositionem roboris et ductilitatis 35, 38, 42,43.
Systema CoCrFeNi est late pervestigata unius periodi FCC alte-entropy mixturae.Haec ratio operis celeritatis ostendit proprietates obdurationis 44 et praestantiam ductilis45, 46 in temperaturis tam frigidis quam calidis.Varii tentationes factae sunt ut vires relative humiliores (~300 MPa) 47,48 inclusae frumenti elegantiam25, microstructuram heterogeneam 49, 50, 51, 52 transmutationem adductam plasticitatem (TRIP) 53 emendarent.Expolitio frumenti iacti faciei centrum cubicae HEA CoCrFeNi per frigus trahens sub gravibus conditionibus vim auget ab circiter 300 MPa47.48 ad 1.2 GPa25, sed amissio ductilis plus quam 60% ad 12.6% minuit.Additio Al ad HEA CoCrFeNi secuta est formationem microstructuram heterogeneam, quae vim suam auxit ad 786 MPa et eius elongationem relativam ad 22%49 circiter.CoCrFeNi HEA addita est cum Ti et Al ad praecipitia formandum, inde praecipitatio confirmans, augendo vires ad 645 MPa et augendo ad 39%51.TRIP mechanismus (mutatio cubica facie-sitas → hexahedral martensitica) et gemellas augebat distrahentes robur CoCrFeNi HEA ad 841 MPa et elongatio in luce ad 76%53.
Conatus etiam factae sunt addere ceramicam supplementum ad HEA faciei matricis cubicae sitae ad alta entropy composita, quae meliorem compositionem virium et ductilitatis exhibere possunt.Composita cum entropia alta discursum sunt ab arcu vacuo liquefaciente 44, mixtura mechanica 45,46,47,48,52,53, scintilla plasma sintering46,51,52, vacuum calidum impressio 45, impressio isostatica calida 47,48 et evolutionis processus fabricandi additivi; L .Carbides, oxydi et nitrides sicut WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 et Y2O351 adhibitae sunt ut ceramicae supplementi in compositis HEA evolutionis.HEA Matrix et Ceramicus ius eligens maxime interest cum consilio et evolutione valida et durabilia HEA composita.In hoc opere, CoCrFeNi matricem materia electa est.Variae SiC copiae CoCrFeNi HEA additae sunt et effectus eorum in compositione microstructure, Phase compositione et proprietatibus mechanicis investigabantur.
Metallorum summus Co, Cr, Fe et Ni (99.95 wt%) et pulvis SiC (puritas 99%, magnitudo -400 reticulum) in forma particularum elementaria adhibita sunt ut materiae rudis ad HEA composita fabricanda.Compositio isoatomica CoCrFeNi HEA primum in formam aeris refrigerantis aquae hemisphaerici posita est, deinde conclave ad 3·10-5 mbarum evacuatum est.Alta puritas gasi argonis introducitur ad efficiendum vacuum requisitum pro arcu- tungstenis electrodes liquefactis cum non-consumabili.Inde ambages invertuntur et quinquies resolvuntur ut bonum homogeneitas curet.Summus entropy composita variarum compositionum paratae sunt addendo quantitatem quandam SiC ad globulis aequiatomicis CoCrFeNi consequens, quae per inversionem quintuplex et in utroque casu re- minuendo erant.Bulla formata ex composito inde incisa est utens EDM ad ulteriorem probationem et rationem.Exemplaria studiorum microstructuralium secundum methodos metallographicos modulos praeparata sunt.Primum, exempla examinata sunt utentes levi microscopio (Leica Microscopio DM6M) cum programmate Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) pro quantitatis periodo analysi.Tres imagines in diversis locis desumptae cum tota circiter 27000 µm2 regione electae sunt ad analysim phase.Praeterea accurata studia microstructuralia, inclusa analysi chemicae compositionis et analysi elementi distributio, in microscopio electronico (JEOL JSM-6490LA) spectroscopio disperso (EDS) systematis analysi energiae instructi sunt.Characterisatio cristallinae structurae HEA compositae fiebat utens systematis diffractionis X-radii (Bruker D2 periodi shifter) utens fonte CuKα cum magnitudine gradus 0.04°.Effectus mutationum microstructuralium in proprietatibus mechanicis HEA compositorum studuit utens Vickers microhardness probationibus et compressionibus probat.Ad duritiem probationis, pondus D N applicatur pro 15 utendo saltem 10 fuluum per specimen.Compressio probationum HEA compositarum ad cella temperiei factae sunt in speciminibus rectangulis (7 mm × 3 mm × 3 mm) in Shimadzu 50KN universalis machinae probativae (UTM) ad contentionem initialem 0.001/s.
Composita entropy alta, in sequentibus ad exempla S-1 ad S-6 referenda, parata sunt addendo 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, et 17% SiC (omnes per pondus %) ad matricem CoCrFeNi .condiderunt.Specimen refertivum cui nullum SiC additum est, in sequentibus ad specimen S-0 refertur.Micrographs optica composita HEA evoluta in Fig. monstrantur.1, ubi, ob varias additivorum additiones, unica periodus microstructurae CoCrFeNi HEA in microstructuram ex multis gradibus constans cum diversis morphologiae, magnitudinum et distributione versa est.SIC Moles in compositione.Quantitas cuiusque periodi ab analysi imaginis usura LAS Phase Periti programmatis determinata est.Fundum figurae 1 (dextrum superius) exemplum ostendit aream huius analyseos, necnon fractionem areae pro singulis periodis componentibus.
Micrographae opticae evolutae summae entropiae compositae: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 et (f) C-. 6.Fundus exemplum ostendit antithesis imaginis analysi phase substructi utentis programmatis LAS Phase Periti.
Ut in fig.1a, microstructura eutectica inter matricis volumina compositi C-1 formata, ubi moles matricis et eutecticorum incrementorum aestimatur 87.9±0,47% et 12.1% ± 0.51%, respective.In composito (C-2) in Fig. 1b demonstrato nulla signa reactionis eutecticae sunt in solidificatione, et microstructura prorsus diversa ab eo quod compositi C-1 conspicitur.Microstructura compositorum C-2 est relative tenuis et constat ex lamellis tenuibus (carbides) uniformiter in matrice distributis (fcc).Partes solidae matricis et carbidae aestimantur 72± 1,69% et 28± 1.69%, respective.Praeter matricem et carbidem, novum tempus (silicide) in composito C-3 repertum est, ut in Fig. 1c ostensum est, ubi partes voluminis talis silicidis, carbide et matricis augmentis circiter 26.5% ± aestimantur. 0,41%, 25.9± 0.53, et 47.6± 0.34, respective.Aliud novum tempus (graphite) etiam in microstructura compositi C-4 observatum est;summa quattuor gradus idem sunt.Phase graphita distinctam figuram globularem cum obscuris discrepantiis in imaginibus opticis et in exiguis tantum adest (aestimata fractio voluminis tantum circiter 0,6 ± 0,30%).In compositis C-5 et C-6, tres tantum gradus notati sunt, et obscura pars graphite discrepantia in his compositis forma squamulae apparet.Comparari graphite incanduit in composito S-5, graphite incanduit in composito S-6 latiores, breviores et magis regulares.In graphite contento congruens auctus etiam observatus est ab 14.9±0,85% in composito C-5 ad 17,4±0,55% in composito C-6.
Ut ulterius investigarem singula microstructura et compositionem chemicam uniuscuiusque periodi in HEA composita, exemplaria adhibita SEM examinabantur, et EMF analysis punctum et tabularum chemicarum etiam fiebant.Eventus pro composito C-1 in fig monstrantur.2, ubi praesentia mixtionum eutecticorum segregantium regiones praecipui phases matricis elucet.Tabula chemica compositorum C-1 in Fig. 2c ostenditur, ubi videri potest Co, Fe, Ni et Si in matrice periodo uniformiter distribui esse.Sed parva Cr inventa est in periodo matricis aliis elementis basi HEA comparatis, suggerens Cr diffundi e matrice.Compositio albi eutectici periodi in SEM imaginis chromium et carbonem dives est, indicans eam esse chromium carbide.Absentia particularum discretarum SiC in microstructura, cum observata chromii in matrice humili contento et praesentia mixtionis eutecticae, quae chromium augmenta divitum continentur, indicat integram compositionem SiC in liquefactione.Propter compositionem SiC, silicon in matrice periodo solvit, et carbides cum chromium interacts liberae carbonis ad chromium carbides formant.Ut videri potest, solum carbo erat qualitative per methodum EMF determinata, et Phase formatio confirmata est identificatio cacumina carbidi propria in X-radii diffractionis exemplaria.
(a) SEM imago exempli S-1, (b) aucta imago, (c) elementum tabulae, (d) EMF eventus in locis indicatis.
Compositorum C-2 analysis ostenditur in fig.3. SEM Examen simile apparentiae in microscopio optica elegantem structuram e duobus tantum gradibus compositam patefecit, praesentia tenui lamellaris per structuram aequaliter distributa.matrix pascha, et non est eutectic phase.Elementum distributio et EMF analysis punctum lamellaris Phase collatis contentum relative Cr(flavum) et C (viride) in hoc periodo revelavit, quod iterum declarat compositionem SiC in liquefactione et commercio carbonis dimissi cum chromium effectu. .VEA matrix in carbide lamellar phaselum format.Distributio elementorum et analysis punctim matricis phase ostendit pleraque cobalt, ferri, nickel et pii in matrice phase adesse.
(a) SEM imago exempli S-2, (b) aucta imago, (c) elementum tabulae, (d) EMF eventus in locis indicatis.
SEM studiorum compositorum C-3 praesentia novis incrementis patefactis praeter augmenta carbida et matricis.Tabula elementaria (Fig. 4c) et punctum analysi EMF (Fig. 4d) ostendunt novam periodum in nickel, cobalt et in siliconibus divitem esse.
(a) SEM imago exempli S-3, (b) aucta imago, (c) elementum tabulae, (d) EMF eventus in locis indicatis.
Eventus SEM et EMF analyseos compositorum C-4 in Fig. monstrantur.5. Praeter tres gradus in compositis C-3 observatis, praesentia nodulorum graphitarum etiam inventus est.Particula solida pars Pii-divitis Phase altior est quam compositi C-3.
(a) SEM imago exempli S-4, (b) aucta imago, (c) elementum tabulae, (d) EMF eventus in locis indicatis.
Eventus spectris SEM et EMF compositorum S-5 et S-6 in figuris 1 et 2. 6 et 7, respective monstrantur.Praeter paucitatem sphaerarum, praesentia graphitarum etiam observata est.Utriusque numerus graphitarum et volumen fractionis silicon-continentis periodo in C-6 composita, maior est quam in C-5 composito.
(a) SEM imago exempli C-5, (b) visi aucta, (c) tabula elementaria, (d) EMF proventus in locis indicatis.
(a) SEM imago exempli S-6, (b) aucta imago, (c) elementum tabulae, (d) EMF eventus in locis indicatis.
Crystal structura ratione compositorum HEA facta etiam utens mensuris XRD fiebat.Effectus ostenditur in Figura 8. In difractione exemplaris basis WEA (S-0), cacumina tantum, quae fcc phase respondentes, apparent.X-radius diffractionis formarum compositorum C-1, C-2, C-3, praesentiam cacumina additorum carbidi chromium (Cr7C3) respondentium, intensio eorum inferior erat ad exempla C-3 et C-4, quae indicabant. quod etiam cum notitia EMF ad haec exemplaria.Iuga ad Co/Ni silicides respondentia pro speciminibus S-3 et S-4 observata sunt, iterum consentanea cum eventibus destinatis EDS in figuris 2 et 3. demonstratis, ut in Figura 3 et Figura 4. 5 et S-6 observata sunt. graphite correspondentes.
Tam microstructuram quam crystallographicam indolem compositorum enucleatorum indicatam compositionem additorum SiC.Hoc ob praesentiam chromii in matrice VEA.Chromium valde validum affinitatem habet pro carbone 54.55 et cum carbone libera reagit ad carbides formandas, ut observata decrementum in chromium matricis indicat.Si transit in fcc Pascha propter dissociationem SiC56.Ita, auctum additis SiC ad basim HEA auctum perduxit in quantitatem periodi carbidi et quantitatem liberae Si in microstructurae.Inventum est hoc additamentum Si in matrice submissis concentrationibus (in compositis S-1 et S-2) deponi, dum in superioribus concentratione (compositis S-3 ad S-6) provenit in additis depositionis cobaltis/.nickel silicidium.Vexillum enthalpy formationis Co et Ni silicidis, per summam calorimetry directam synthesim sumptam, est -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 pro Co2Si, CoSi et CoSi2, respective, dum hae. valores sunt – 50.6 ± 1.7 et – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 pro Ni2Si et Ni5Si2, respective.Hi valores inferiores sunt calore formationis SiC, significans dissociationem SiC ad formationis Co/Ni silicides strenue favere.In compositis tam S-5 et S-6, additis liberis Pii adfuit, qui ultra formationem silicidii absorptus erat.Hic liber Pii repertus est conferre ad graphitationem observatam in ferros58 conventionales.
Proprietates mechanicae ceramico-foventae compositae ex HEA auctae investigatae sunt per compressiones probat et duritiem probat.Accentus-strae curvae compositarum evolutarum monstrantur in Fig.9a, et in Fig. 9b ostendit dispersionem inter certas vires cedere, cedere vires, duritiem, et elongationem compositorum enucleatorum.
(a) Coativum curvae compressivae et (b) scatterplots ostendens accentus specificam cedere, vires cedere, duritiem et elongationem.Nota tantum specimina S-0 ad S-4 ostenduntur, sicut specimina S-5 et S-6 significantes defectus dejectiones continent.
sicut in fig.9, cedunt vires ab 136 MPa pro basi VES (C-0) ad 2522 MPa pro C-4 composita.Comparato fundamentali WPP, compositum S-2 bonum valde ostendit elongationem ad defectum circa 37%, et etiam ostendit signanter superiora valorum virium cedere (1200 MPa).Praeclara compositio roboris et ductilis huius compositi provenit ex emendatione in altiore microstructura, incluso aequabili distributione carbidi lamellae subtilioris per totum microstructurae, quae expectatur motum inhibere motum.Vires cedunt C-3 et C-4 composita sunt 1925 MPa et 2522 MPa, respective.Haec alta cedunt vires, explicari possunt per altum volumen fractionem carbide coagulo et silicidis augmentis.Nihilominus, praesentia harum progressionum etiam in discessione facta est in luce tantum 7%.CoCrFeNi HEA (S-0) et S-1 convexa curvae accentus composita basium, significantes activationem effectus geminationis seu TRIP59,60.Comparatus ad sample S-1, accentus-solatus curvae specimen S-2 habet figuram concavam ad contentionem circiter 10.20%, quod significat normalem lapsus dislocationis est principalis deformationis modus exempli in hoc statu deformato 60,61. .Attamen, duratio in hoc specimine alta per magnas contentiones manet, et in altioribus modis transitus ad convexitatem etiam conspicuus est (quamvis excludi non potest ob defectum onerum pressivorum lubricatorum).).Composita C-3 et C-4 solum plasticitatem limitatam habent ex praesentia voluminis superioris fractiones carbidum et silicidorum in microstructura.Compressiones probationes exemplorum compositorum C-5 et C-6 non exercentur propter notabiles defectiones in his exemplaribus compositorum (cf. Fig. 10).
Stereomicrographa vitiorum fusorum (sagittis rubris indicatis) in exemplaribus compositorum C-5 et C-6.
Eventus metiendi duritiem compositorum VEA in Figur monstrantur.9b.Basis WEA duritiem habet 130±5 HV, et exempla S-1, S-2, S-3 et S-4 duritiem habent valorum 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV et 755±20 HV.Augmentum duritiei erat in bono consensu cum mutatione cedere roboris ex compressione probat et associatur cum augmento solidorum in composito.In ratione certae vires cedunt, quae in compositione scopo cuiusque specimen ponunt, etiam in fig.9b.In genere, optima compositio virium cedit (1200 MPa), duritia (275 ± 10 HV), et relativum ad defectum (~37%) observatur pro composito C-2.
Comparatio cedere viribus et elongatione relativa compositi evolutae cum materiae diversorum generum in Fig.Composita ex CoCrFeNi in hoc studio ostendit altam elongationem in quavis data accentus level62.Etiam videri potest proprietates HAE composita in hoc studio evolutas iacere in regione antea vacua argumenti virium versus elongationem cedere.Composita evoluta praeterea amplis complexionibus virium habent (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa et 2522 MPa) et elongationem (60%, 37%, 7.3% et 6.19%).Viribus cedere momenti est etiam in delectu materiae ad applicationes ad ipsum provectae 63,64.Hac de re HEA composita praesentis inventionis praestantiorem compositionem exhibent vires et elongationem.Hoc est, quia additio densitatis humilis SiC sequitur in compositis certis cedunt viribus alta.Species cedunt vires et compositorum HEA elongatio in eadem extensione quam HEA FCC, et refractoria HEA, ut in Fig. 11b.Duritia et robur compositorum evolutarum tantundem faciunt ac in vitreis metallicis ingentes (Fig. 11c).Pocula metallica massiva (BMS) alta duritie propria sunt et vires cedunt, sed earum elongatio est limitata 66,67.Sed duritiem et vires quasdam ex HEA compositas in hoc elaboratas studio etiam longitudinis significans ostendit.Conclusum est igitur compositiones a VEA evolutas singularem et quaesitam coniunctionem habere proprietates mechanicas pro variis applicationibus structurarum.Haec unica complexio proprietatum mechanicarum explicari potest per uniformem dissipationem carbidum durorum in situ in matrice FCC HEA formatorum.Attamen, ut pars scopo melioris complexionis virium assequendi, mutationes microstructurales ex additionibus augmentorum ceramicorum provenientes diligenter pervestigandae sunt et moderandae ad vitia deicienda, quales sunt in compositis S-5 et S-6 repertis; ductilis.sexum.
Eventus huius studii comparati sunt cum variis materiis structuralibus et HEAs: (a) elongatio versus cedit firmitas 62, (b) certae cedunt accentus versus ductility63 et (c) vires cedunt versus duritiem.
Microstructura et mechanica proprietatum compositorum HEA-ceramicorum innixae systematis HEA CoCrFeNi, additis SiC quaesitis, et sequentium conclusionum instructae sunt;
Composita mixtura entropy alta feliciter explicari possunt addendo SiC ad CoCrFeNi HEA utens arcus methodo liquescens.
SiC per arcum liquefactum defluit, ducens ad formationem in situ carbidi, silicidi et graphitici augmentorum, quorum praesentia et fractio voluminis dependet a quantitate SiC ad basem HEA addita.
HEA composita multa praestantissimas proprietates mechanicas exhibent, cum proprietatibus quae in locis antea vacuas cadunt in vires versus elongationem argumenti cedunt.Faciendum robur HEA compositi utens 6 wt% SiC plusquam octies fuit basis HEA, servato 37% ductilitate.
Duritia et vires HEA compositae sunt in amplitudine vitreorum metallicorum (BMG).
Inventiones suggesserunt altam entropy mixturam compositorum polliceri accessum repraesentare ad optimam compositionem metallorum-mechanicam, ad applicationes structurarum progressarum.
Post tempus: Iul-12-2023