CoCrFeNi ialah aloi entropi tinggi (HEA) berpusat muka (fcc) yang dikaji dengan baik dengan kemuluran yang sangat baik tetapi kekuatan terhad.Fokus kajian ini adalah untuk meningkatkan keseimbangan kekuatan dan kemuluran HEA tersebut dengan menambah jumlah SiC yang berbeza menggunakan kaedah lebur arka.Telah ditetapkan bahawa kehadiran kromium dalam HEA asas menyebabkan penguraian SiC semasa lebur.Oleh itu, interaksi karbon bebas dengan kromium membawa kepada pembentukan in situ karbida kromium, manakala silikon bebas kekal dalam larutan dalam HEA asas dan/atau berinteraksi dengan unsur-unsur yang membentuk asas HEA untuk membentuk silisid.Apabila kandungan SiC meningkat, fasa struktur mikro berubah dalam urutan berikut: fcc → fcc + eutektik → fcc + serpihan kromium karbida → fcc + serpihan kromium karbida + silisid → fcc + serpihan kromium karbida + silisid + bola grafit / serpihan grafit.Komposit yang terhasil mempamerkan julat sifat mekanikal yang sangat luas (kekuatan hasil antara 277 MPa pada lebih 60% pemanjangan hingga 2522 MPa pada 6% pemanjangan) berbanding aloi konvensional dan aloi entropi tinggi.Beberapa komposit entropi tinggi yang dibangunkan menunjukkan gabungan sifat mekanikal yang sangat baik (kekuatan hasil 1200 MPa, pemanjangan 37%) dan menduduki kawasan yang tidak boleh dicapai sebelum ini pada rajah pemanjangan tegasan hasil.Sebagai tambahan kepada pemanjangan yang luar biasa, kekerasan dan kekuatan hasil komposit HEA berada dalam julat yang sama seperti gelas logam pukal.Oleh itu, adalah dipercayai bahawa pembangunan komposit entropi tinggi boleh membantu mencapai gabungan sifat mekanikal yang sangat baik untuk aplikasi struktur lanjutan.
Pembangunan aloi entropi tinggi merupakan konsep baharu yang menjanjikan dalam metalurgi1,2.Aloi entropi tinggi (HEA) telah menunjukkan dalam beberapa kes gabungan sifat fizikal dan mekanikal yang sangat baik, termasuk kestabilan haba yang tinggi3,4 pemanjangan superplastik5,6 rintangan lesu7,8 rintangan kakisan9,10,11, rintangan haus yang sangat baik12,13,14 ,15 dan sifat tribologi15 ,16,17 walaupun pada suhu tinggi18,19,20,21,22 dan sifat mekanikal pada suhu rendah23,24,25.Kombinasi sifat mekanikal yang sangat baik dalam HEA biasanya dikaitkan dengan empat kesan utama, iaitu entropi konfigurasi tinggi26, herotan kekisi kuat27, resapan perlahan28 dan kesan koktel29.HEA biasanya dikelaskan sebagai jenis FCC, BCC dan HCP.FCC HEA biasanya mengandungi unsur peralihan seperti Co, Cr, Fe, Ni dan Mn dan mempamerkan kemuluran yang sangat baik (walaupun pada suhu rendah25) tetapi kekuatan rendah.BCC HEA biasanya terdiri daripada unsur ketumpatan tinggi seperti W, Mo, Nb, Ta, Ti dan V dan mempunyai kekuatan yang sangat tinggi tetapi kemuluran rendah dan kekuatan spesifik yang rendah30.
Pengubahsuaian mikrostruktur HEA berdasarkan pemesinan, pemprosesan termomekanikal dan penambahan elemen telah disiasat untuk mendapatkan gabungan sifat mekanikal yang terbaik.CoCrFeMnNi FCC HEA tertakluk kepada ubah bentuk plastik yang teruk oleh kilasan tekanan tinggi, yang membawa kepada peningkatan ketara dalam kekerasan (520 HV) dan kekuatan (1950 MPa), tetapi pembangunan struktur mikro nanohabluran (~50 nm) menjadikan aloi rapuh31 .Telah didapati bahawa penggabungan kemuluran berkembar (TWIP) dan keplastikan teraruh transformasi (TRIP) ke dalam CoCrFeMnNi HEAs memberikan kebolehkerasan kerja yang baik yang menghasilkan kemuluran tegangan yang tinggi, walaupun dengan mengorbankan nilai kekuatan tegangan sebenar.Di bawah (1124 MPa) 32. Pembentukan struktur mikro berlapis (terdiri daripada lapisan cacat nipis dan teras tidak cacat) dalam CoCrFeMnNi HEA menggunakan shot peening menghasilkan peningkatan kekuatan, tetapi peningkatan ini terhad kepada kira-kira 700 MPa33.Untuk mencari bahan dengan gabungan kekuatan dan kemuluran terbaik, pembangunan HEA berbilang fasa dan HEA eutektik menggunakan penambahan unsur bukan isoatomik juga telah disiasat34,35,36,37,38,39,40,41.Malah, didapati bahawa taburan fasa keras dan lembut yang lebih halus dalam aloi entropi tinggi eutektik boleh membawa kepada gabungan kekuatan dan kemuluran yang agak lebih baik35,38,42,43.
Sistem CoCrFeNi ialah aloi entropi tinggi FCC fasa tunggal yang dikaji secara meluas.Sistem ini mempamerkan sifat pengerasan kerja yang pantas44 dan kemuluran yang sangat baik45,46 pada kedua-dua suhu rendah dan tinggi.Pelbagai percubaan telah dibuat untuk meningkatkan kekuatannya yang agak rendah (~300 MPa)47,48 termasuk penghalusan bijian25, struktur mikro heterogen49, pemendakan50,51,52 dan keplastikan akibat transformasi (TRIP)53.Penapisan bijian bagi HEA CoCrFeNi kubik berpusat muka tuang dengan lukisan sejuk dalam keadaan teruk meningkatkan kekuatan daripada kira-kira 300 MPa47.48 kepada 1.2 GPa25, tetapi mengurangkan kehilangan kemuluran daripada lebih 60% kepada 12.6%.Penambahan Al kepada HEA CoCrFeNi menghasilkan pembentukan struktur mikro heterogen, yang meningkatkan kekuatan hasilnya kepada 786 MPa dan pemanjangan relatifnya kepada kira-kira 22%49.CoCrFeNi HEA telah ditambah dengan Ti dan Al untuk membentuk mendakan, seterusnya membentuk pengukuhan kerpasan, meningkatkan kekuatan hasilnya kepada 645 MPa dan pemanjangan kepada 39%51.Mekanisme TRIP (transformasi martensitik berpusat muka → hexahedral) dan berkembar meningkatkan kekuatan tegangan CoCrFeNi HEA kepada 841 MPa dan pemanjangan semasa putus kepada 76%53.
Percubaan juga telah dibuat untuk menambah tetulang seramik pada matriks kubik berpusat muka HEA untuk membangunkan komposit entropi tinggi yang boleh mempamerkan gabungan kekuatan dan kemuluran yang lebih baik.Komposit dengan entropi tinggi telah diproses oleh lebur arka vakum44, pengaloian mekanikal45,46,47,48,52,53, pensinteran plasma percikan46,51,52, penekan panas vakum45, penekanan isostatik panas47,48 dan pembangunan proses pembuatan aditif43, 50.Karbida, oksida dan nitrida seperti WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 dan Y2O351 telah digunakan sebagai tetulang seramik dalam pembangunan komposit HEA.Memilih matriks dan seramik HEA yang betul adalah penting terutamanya apabila mereka bentuk dan membangunkan komposit HEA yang kuat dan tahan lama.Dalam kerja ini, CoCrFeNi telah dipilih sebagai bahan matriks.Pelbagai jumlah SiC telah ditambah kepada CoCrFeNi HEA dan kesannya terhadap struktur mikro, komposisi fasa, dan sifat mekanikal telah dikaji.
Logam ketulenan tinggi Co, Cr, Fe, dan Ni (99.95 wt %) dan serbuk SiC (tulen 99%, saiz -400 mesh) dalam bentuk zarah asas digunakan sebagai bahan mentah untuk penciptaan komposit HEA.Komposisi isoatomik CoCrFeNi HEA mula-mula diletakkan dalam acuan kuprum yang disejukkan air hemisfera, dan kemudian ruang itu dipindahkan ke 3·10-5 mbar.Gas argon ketulenan tinggi diperkenalkan untuk mencapai vakum yang diperlukan untuk lebur arka dengan elektrod tungsten yang tidak boleh digunakan.Jongkong yang terhasil diterbalikkan dan dicairkan semula lima kali untuk memastikan kehomogenan yang baik.Komposit entropi tinggi bagi pelbagai komposisi telah disediakan dengan menambahkan sejumlah SiC pada butang CoCrFeNi equiatomik yang terhasil, yang dihomogenkan semula dengan penyongsangan lima kali ganda dan pencairan semula dalam setiap kes.Butang acuan daripada komposit yang terhasil dipotong menggunakan EDM untuk ujian dan pencirian selanjutnya.Sampel untuk kajian mikrostruktur disediakan mengikut kaedah metalografi standard.Pertama, sampel diperiksa menggunakan mikroskop cahaya (Leica Microscope DM6M) dengan perisian Leica Image Analysis (LAS Phase Expert) untuk analisis fasa kuantitatif.Tiga imej yang diambil di kawasan berbeza dengan jumlah keluasan kira-kira 27,000 µm2 telah dipilih untuk analisis fasa.Kajian mikrostruktur yang lebih terperinci, termasuk analisis komposisi kimia dan analisis pengedaran unsur, telah dijalankan pada mikroskop elektron pengimbasan (JEOL JSM-6490LA) yang dilengkapi dengan sistem analisis spektroskopi penyebaran tenaga (EDS).Pencirian struktur hablur komposit HEA dilakukan menggunakan sistem pembelauan sinar-X (penggeser fasa Bruker D2) menggunakan sumber CuKα dengan saiz langkah 0.04°.Kesan perubahan mikrostruktur pada sifat mekanikal komposit HEA telah dikaji menggunakan ujian mikrokekerasan dan ujian mampatan Vickers.Untuk ujian kekerasan, beban 500 N digunakan selama 15 saat menggunakan sekurang-kurangnya 10 lekukan setiap spesimen.Ujian mampatan komposit HEA pada suhu bilik telah dijalankan pada spesimen segi empat tepat (7 mm × 3 mm × 3 mm) pada mesin ujian universal (UTM) Shimadzu 50KN pada kadar terikan awal 0.001/s.
Komposit entropi tinggi, selepas ini dirujuk sebagai sampel S-1 hingga S-6, disediakan dengan menambahkan 3%, 6%, 9%, 12%, 15%, dan 17% SiC (semua mengikut berat%) kepada matriks CoCrFeNi .masing-masing.Sampel rujukan yang tiada SiC ditambahkan selepas ini dirujuk sebagai sampel S-0.Mikrograf optik bagi komposit HEA yang dibangunkan ditunjukkan dalam Rajah.1, di mana, disebabkan oleh penambahan pelbagai bahan tambahan, struktur mikro fasa tunggal CoCrFeNi HEA telah diubah menjadi struktur mikro yang terdiri daripada banyak fasa dengan morfologi, saiz dan taburan yang berbeza.Jumlah SiC dalam komposisi.Jumlah setiap fasa ditentukan daripada analisis imej menggunakan perisian LAS Phase Expert.Inset kepada Rajah 1 (kanan atas) menunjukkan kawasan contoh untuk analisis ini, serta pecahan kawasan untuk setiap komponen fasa.
Mikrograf optik bagi komposit entropi tinggi yang dibangunkan: (a) C-1, (b) C-2, (c) C-3, (d) C-4, (e) C-5 dan (f) C- 6.Inset menunjukkan contoh hasil analisis fasa imej berasaskan kontras menggunakan perisian LAS Phase Expert.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah.1a, struktur mikro eutektik terbentuk di antara isipadu matriks komposit C-1, di mana jumlah matriks dan fasa eutektik dianggarkan masing-masing sebagai 87.9 ± 0.47% dan 12.1% ± 0.51%.Dalam komposit (C-2) yang ditunjukkan dalam Rajah 1b, tiada tanda-tanda tindak balas eutektik semasa pemejalan, dan struktur mikro yang sama sekali berbeza daripada komposit C-1 diperhatikan.Struktur mikro komposit C-2 agak halus dan terdiri daripada plat nipis (karbida) teragih seragam dalam fasa matriks (fcc).Pecahan isipadu matriks dan karbida dianggarkan masing-masing pada 72 ± 1.69% dan 28 ± 1.69%.Sebagai tambahan kepada matriks dan karbida, fasa baharu (silisida) ditemui dalam komposit C-3, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1c, di mana pecahan isipadu fasa silisid, karbida dan matriks tersebut dianggarkan pada kira-kira 26.5% ± 0.41%, 25.9 ± 0.53, dan 47.6 ± 0.34, masing-masing.Satu lagi fasa baharu (grafit) turut diperhatikan dalam struktur mikro komposit C-4;sebanyak empat fasa telah dikenalpasti.Fasa grafit mempunyai bentuk globular yang berbeza dengan kontras gelap dalam imej optik dan hanya terdapat dalam jumlah yang kecil (anggaran pecahan isipadu hanya kira-kira 0.6 ± 0.30%).Dalam komposit C-5 dan C-6, hanya tiga fasa yang dikenal pasti, dan fasa grafit kontras gelap dalam komposit ini muncul dalam bentuk kepingan.Berbanding dengan kepingan grafit dalam Komposit S-5, kepingan grafit dalam Komposit S-6 adalah lebih lebar, lebih pendek dan lebih teratur.Peningkatan yang sepadan dalam kandungan grafit juga diperhatikan daripada 14.9 ± 0.85% dalam komposit C-5 kepada kira-kira 17.4 ± 0.55% dalam komposit C-6.
Untuk menyiasat lanjut struktur mikro terperinci dan komposisi kimia setiap fasa dalam komposit HEA, sampel telah diperiksa menggunakan SEM, dan analisis titik EMF dan pemetaan kimia juga dilakukan.Keputusan untuk komposit C-1 ditunjukkan dalam rajah.2, di mana kehadiran campuran eutektik yang memisahkan kawasan fasa matriks utama dapat dilihat dengan jelas.Peta kimia komposit C-1 ditunjukkan dalam Rajah 2c, di mana ia boleh dilihat bahawa Co, Fe, Ni, dan Si diagihkan secara seragam dalam fasa matriks.Walau bagaimanapun, sejumlah kecil Cr ditemui dalam fasa matriks berbanding unsur-unsur lain asas HEA, menunjukkan bahawa Cr meresap keluar dari matriks.Komposisi fasa eutektik putih dalam imej SEM kaya dengan kromium dan karbon, menunjukkan bahawa ia adalah kromium karbida.Ketiadaan zarah SiC diskret dalam struktur mikro, digabungkan dengan kandungan rendah kromium yang diperhatikan dalam matriks dan kehadiran campuran eutektik yang mengandungi fasa kaya kromium, menunjukkan penguraian lengkap SiC semasa lebur.Hasil daripada penguraian SiC, silikon larut dalam fasa matriks, dan karbon bebas berinteraksi dengan kromium untuk membentuk karbida kromium.Seperti yang dapat dilihat, hanya karbon yang ditentukan secara kualitatif oleh kaedah EMF, dan pembentukan fasa telah disahkan oleh pengenalpastian puncak karbida ciri dalam corak pembelauan sinar-X.
(a) imej SEM sampel S-1, (b) imej yang diperbesarkan, (c) peta elemen, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
Analisis komposit C-2 ditunjukkan dalam rajah.3. Sama seperti penampilan dalam mikroskop optik, pemeriksaan SEM mendedahkan struktur halus yang terdiri daripada hanya dua fasa, dengan kehadiran fasa lamelar nipis teragih sama rata di seluruh struktur.fasa matriks, dan tiada fasa eutektik.Taburan elemen dan analisis titik EMF fasa lamellar menunjukkan kandungan Cr (kuning) dan C (hijau) yang agak tinggi dalam fasa ini, yang sekali lagi menunjukkan penguraian SiC semasa lebur dan interaksi karbon yang dibebaskan dengan kesan kromium. .Matriks VEA membentuk fasa karbida lamellar.Taburan unsur dan analisis titik fasa matriks menunjukkan kebanyakan kobalt, besi, nikel dan silikon terdapat dalam fasa matriks.
(a) Imej SEM sampel S-2, (b) imej yang diperbesarkan, (c) peta elemen, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
Kajian SEM bagi komposit C-3 mendedahkan kehadiran fasa baharu sebagai tambahan kepada fasa karbida dan matriks.Peta unsur (Rajah 4c) dan analisis titik EMF (Rajah 4d) menunjukkan bahawa fasa baru kaya dengan nikel, kobalt dan silikon.
(a) imej SEM sampel S-3, (b) imej yang diperbesarkan, (c) peta elemen, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
Keputusan analisis SEM dan EMF bagi komposit C-4 ditunjukkan dalam Rajah.5. Sebagai tambahan kepada tiga fasa yang diperhatikan dalam komposit C-3, kehadiran nodul grafit juga ditemui.Pecahan isipadu fasa kaya silikon juga lebih tinggi daripada komposit C-3.
(a) imej SEM sampel S-4, (b) imej yang diperbesarkan, (c) peta elemen, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
Keputusan spektrum SEM dan EMF bagi komposit S-5 dan S-6 ditunjukkan dalam Rajah 1 dan 2. 6 dan 7, masing-masing.Sebagai tambahan kepada sebilangan kecil sfera, kehadiran kepingan grafit juga diperhatikan.Kedua-dua bilangan kepingan grafit dan pecahan isipadu fasa yang mengandungi silikon dalam komposit C-6 adalah lebih besar daripada dalam komposit C-5.
(a) imej SEM sampel C-5, (b) paparan yang diperbesarkan, (c) peta unsur, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
(a) imej SEM sampel S-6, (b) imej yang diperbesarkan, (c) peta elemen, (d) keputusan EMF di lokasi yang dinyatakan.
Pencirian struktur kristal bagi komposit HEA juga dilakukan menggunakan pengukuran XRD.Hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 8. Dalam corak pembelauan asas WEA (S-0), hanya puncak yang sepadan dengan fasa fcc dapat dilihat.Corak pembelauan sinar-X bagi komposit C-1, C-2, dan C-3 mendedahkan kehadiran puncak tambahan yang sepadan dengan kromium karbida (Cr7C3), dan keamatannya lebih rendah untuk sampel C-3 dan C-4, yang menunjukkan itu juga dengan data EMF untuk sampel ini.Puncak yang sepadan dengan silisid Co/Ni diperhatikan untuk sampel S-3 dan S-4, sekali lagi konsisten dengan keputusan pemetaan EDS yang ditunjukkan dalam Rajah 2 dan 3. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 dan Rajah 4. Puncak 5 dan S-6 diperhatikan sepadan dengan grafit.
Kedua-dua ciri mikrostruktur dan kristalografi bagi komposit yang dibangunkan menunjukkan penguraian SiC yang ditambah.Ini disebabkan oleh kehadiran kromium dalam matriks VEA.Kromium mempunyai pertalian yang sangat kuat untuk karbon 54.55 dan bertindak balas dengan karbon bebas untuk membentuk karbida, seperti yang ditunjukkan oleh penurunan yang diperhatikan dalam kandungan kromium matriks.Si melepasi fasa fcc disebabkan oleh pemisahan SiC56.Oleh itu, peningkatan dalam penambahan SiC pada HEA asas membawa kepada peningkatan dalam jumlah fasa karbida dan jumlah Si bebas dalam struktur mikro.Telah didapati bahawa tambahan Si ini dimendapkan dalam matriks pada kepekatan rendah (dalam komposit S-1 dan S-2), manakala pada kepekatan yang lebih tinggi (komposit S-3 hingga S-6) ia menghasilkan pemendapan kobalt tambahan/.nikel silisid.Entalpi piawai pembentukan silisid Co dan Ni, yang diperoleh melalui sintesis langsung kalorimetri suhu tinggi, masing-masing ialah -37.9 ± 2.0, -49.3 ± 1.3, -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 untuk Co2Si, CoSi dan CoSi2, manakala ini nilainya ialah – 50.6 ± 1.7 dan – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 untuk Ni2Si dan Ni5Si2, masing-masing.Nilai-nilai ini adalah lebih rendah daripada haba pembentukan SiC, menunjukkan bahawa penceraian SiC yang membawa kepada pembentukan silisid Co/Ni adalah menggalakkan secara bertenaga.Dalam kedua-dua komposit S-5 dan S-6, terdapat silikon bebas tambahan, yang diserap melebihi pembentukan silisid.Silikon bebas ini didapati menyumbang kepada grafisasi yang diperhatikan dalam keluli konvensional58.
Sifat mekanikal bagi komposit bertetulang seramik yang dibangunkan berdasarkan HEA disiasat oleh ujian mampatan dan ujian kekerasan.Lengkung tegasan-terikan bagi komposit yang dibangunkan ditunjukkan dalam Rajah.9a, dan dalam Rajah 9b menunjukkan petak serakan antara kekuatan hasil tertentu, kekuatan hasil, kekerasan, dan pemanjangan komposit yang dibangunkan.
(a) Lengkung terikan mampatan dan (b) petak serakan yang menunjukkan tegasan alah tertentu, kekuatan alah, kekerasan dan pemanjangan.Ambil perhatian bahawa hanya spesimen S-0 hingga S-4 ditunjukkan, kerana spesimen S-5 dan S-6 mengandungi kecacatan tuangan yang ketara.
Seperti yang dilihat dalam rajah.9, kekuatan hasil meningkat daripada 136 MPa untuk asas VES (C-0) kepada 2522 MPa untuk komposit C-4.Berbanding dengan WPP asas, komposit S-2 menunjukkan pemanjangan yang sangat baik kepada kegagalan kira-kira 37%, dan juga menunjukkan nilai kekuatan hasil yang jauh lebih tinggi (1200 MPa).Gabungan kekuatan dan kemuluran yang sangat baik bagi komposit ini adalah disebabkan oleh peningkatan dalam keseluruhan struktur mikro, termasuk pengagihan seragam lamella karbida halus di seluruh struktur mikro, yang dijangka menghalang pergerakan kehelan.Kekuatan hasil komposit C-3 dan C-4 masing-masing ialah 1925 MPa dan 2522 MPa.Kekuatan hasil yang tinggi ini boleh dijelaskan oleh pecahan volum tinggi fasa karbida dan silisid bersimen.Walau bagaimanapun, kehadiran fasa ini juga mengakibatkan pemanjangan putus hanya 7%.Lengkung tegasan-terikan bagi asas komposit CoCrFeNi HEA (S-0) dan S-1 adalah cembung, menunjukkan pengaktifan kesan berkembar atau TRIP59,60.Berbanding dengan sampel S-1, lengkung tegasan-terikan sampel S-2 mempunyai bentuk cekung pada terikan kira-kira 10.20%, yang bermaksud bahawa gelinciran kehelan biasa ialah mod ubah bentuk utama sampel dalam keadaan cacat ini60,61 .Walau bagaimanapun, kadar pengerasan dalam spesimen ini kekal tinggi dalam julat terikan yang besar, dan pada terikan yang lebih tinggi peralihan kepada kecembungan juga boleh dilihat (walaupun tidak boleh diketepikan bahawa ini disebabkan oleh kegagalan beban mampatan yang dilincirkan).).Komposit C-3 dan C-4 hanya mempunyai keplastikan terhad kerana kehadiran pecahan isipadu karbida dan silisid yang lebih tinggi dalam struktur mikro.Ujian mampatan sampel komposit C-5 dan C-6 tidak dijalankan kerana kecacatan tuangan yang ketara pada sampel komposit ini (lihat Rajah 10).
Stereomikrograf kecacatan tuangan (ditunjukkan oleh anak panah merah) dalam sampel komposit C-5 dan C-6.
Keputusan mengukur kekerasan komposit VEA ditunjukkan dalam Rajah.9b.WEA asas mempunyai kekerasan 130±5 HV, dan sampel S-1, S-2, S-3 dan S-4 mempunyai nilai kekerasan 250±10 HV, 275±10 HV, 570±20 HV dan 755±20 HV.Peningkatan kekerasan adalah dalam persetujuan yang baik dengan perubahan dalam kekuatan hasil yang diperoleh daripada ujian mampatan dan dikaitkan dengan peningkatan dalam jumlah pepejal dalam komposit.Kekuatan hasil khusus yang dikira berdasarkan komposisi sasaran setiap sampel juga ditunjukkan dalam rajah.9b.Secara umum, gabungan terbaik kekuatan hasil (1200 MPa), kekerasan (275 ± 10 HV), dan pemanjangan relatif kepada kegagalan (~37%) diperhatikan untuk komposit C-2.
Perbandingan kekuatan hasil dan pemanjangan relatif komposit yang dibangunkan dengan bahan kelas yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 11a.Komposit berasaskan CoCrFeNi dalam kajian ini menunjukkan pemanjangan yang tinggi pada mana-mana aras tegasan62.Ia juga boleh dilihat bahawa sifat-sifat komposit HEA yang dibangunkan dalam kajian ini terletak pada kawasan yang sebelum ini tidak dihuni bagi plot kekuatan hasil berbanding pemanjangan.Selain itu, komposit yang dibangunkan mempunyai pelbagai gabungan kekuatan (277 MPa, 1200 MPa, 1925 MPa dan 2522 MPa) dan pemanjangan (>60%, 37%, 7.3% dan 6.19%).Kekuatan hasil juga merupakan faktor penting dalam pemilihan bahan untuk aplikasi kejuruteraan lanjutan63,64.Dalam hal ini, komposit HEA ciptaan ini mempamerkan gabungan kekuatan hasil dan pemanjangan yang sangat baik.Ini kerana penambahan SiC berketumpatan rendah menghasilkan komposit dengan kekuatan hasil spesifik yang tinggi.Kekuatan hasil khusus dan pemanjangan komposit HEA berada dalam julat yang sama seperti HEA FCC dan HEA refraktori, seperti ditunjukkan dalam Rajah 11b.Kekerasan dan kekuatan hasil bagi komposit yang dibangunkan adalah dalam julat yang sama seperti gelas logam besar65 (Rajah 11c).Cermin mata logam besar-besaran (BMS) dicirikan oleh kekerasan yang tinggi dan kekuatan hasil, tetapi pemanjangannya adalah terhad66,67.Walau bagaimanapun, kekerasan dan kekuatan hasil beberapa komposit HEA yang dibangunkan dalam kajian ini juga menunjukkan pemanjangan yang ketara.Oleh itu, disimpulkan bahawa komposit yang dibangunkan oleh VEA mempunyai gabungan sifat mekanikal yang unik dan dicari untuk pelbagai aplikasi struktur.Gabungan unik sifat mekanikal ini boleh dijelaskan oleh penyebaran seragam karbida keras yang terbentuk secara in situ dalam matriks FCC HEA.Walau bagaimanapun, sebagai sebahagian daripada matlamat untuk mencapai gabungan kekuatan yang lebih baik, perubahan mikrostruktur yang terhasil daripada penambahan fasa seramik mesti dikaji dan dikawal dengan teliti untuk mengelakkan kecacatan tuangan, seperti yang terdapat dalam komposit S-5 dan S-6, dan kemuluran.jantina.
Keputusan kajian ini dibandingkan dengan pelbagai bahan struktur dan HEA: (a) pemanjangan berbanding kekuatan alah62, (b) tegasan alah spesifik berbanding kemuluran63 dan (c) kekuatan alah berbanding kekerasan65.
Struktur mikro dan sifat mekanikal siri komposit HEA-seramik berdasarkan sistem HEA CoCrFeNi dengan penambahan SiC telah dikaji dan kesimpulan berikut telah dibuat:
Komposit aloi entropi tinggi boleh berjaya dibangunkan dengan menambahkan SiC kepada CoCrFeNi HEA menggunakan kaedah lebur arka.
SiC terurai semasa lebur arka, membawa kepada pembentukan in situ fasa karbida, silisid dan grafit, kehadiran dan pecahan isipadu bergantung kepada jumlah SiC yang ditambahkan pada asas HEA.
Komposit HEA mempamerkan banyak sifat mekanikal yang sangat baik, dengan sifat yang jatuh ke dalam kawasan yang sebelum ini tidak diduduki pada kekuatan hasil berbanding plot pemanjangan.Kekuatan hasil komposit HEA yang dibuat menggunakan 6 wt% SiC adalah lebih daripada lapan kali ganda daripada HEA asas sambil mengekalkan 37% kemuluran.
Kekerasan dan kekuatan hasil komposit HEA adalah dalam julat gelas logam pukal (BMG).
Penemuan menunjukkan bahawa komposit aloi entropi tinggi mewakili pendekatan yang menjanjikan untuk mencapai gabungan sifat logam-mekanikal yang sangat baik untuk aplikasi struktur lanjutan.
Masa siaran: Jul-12-2023