В чем разница между традиционными и высокоэнтропийными сплавами?

Введение

Традиционные сплавы и высокоэнтропийные сплавы (ВЭС ) - это два типа материалов, используемых в различных областях. Оба они состоят из металлических элементов, однако между ними есть несколько ключевых различий. В этой статье мы рассмотрим различия между традиционными сплавами и ВЭС, включая их состав, микроструктуру, свойства, области применения и методы производства.

[1]

Рисунок 1. Автоматическая модель HEAs

Введение в традиционные сплавы и высокоэнтропийные сплавы

Традиционные сплавы сочетают один металлический элемент с другими металлическими или неметаллическими элементами. Эти типы сплавов сохраняют некоторые свойства исходного основного металла, но при этом изменяют некоторые характеристики, например, повышают прочность или пластичность.

Существует широкий спектр легирующих элементов, которые могут быть добавлены к основным металлам. Хром обычно добавляют для повышения коррозионной стойкости сплавов; вольфрам - легирующий элемент, используемый для повышения износостойкости при высоких температурах; а углерод часто добавляют в сплавы стали и чугуна для повышения прочности.

Высокоэнтропийные сплавы относятся к сплавам, содержащим 5 и более основных элементов, каждый из которых имеет атомную долю от 5 до 35 %. Включение нескольких элементов приводит к сложной структуре и высокому энтропийному эффекту, что обусловливает уникальные физико-механические свойства HEA по сравнению с обычными сплавами.

Stanford Advanced Materials (SAM) имеет богатый опыт в производстве и продаже изделий из высокоэнтропийных сплавов. На нашем сайте представлен широкий ассортимент качественных порошков, сферических порошков и слитков HEA. Отправьте нам запрос, если вы заинтересованы.

Традиционные сплавы и высокоэнтропийные сплавы

-Состав

Традиционные сплавы и высокоэнтропийные сплавы имеют разный состав элементов. Например, традиционные сплавы обычно состоят из двух или трех металлических элементов в различных пропорциях. В то время как высокоэнтропийные сплавы содержат не менее пяти элементов в равных или приблизительно равных атомных пропорциях. Кроме того, в традиционных сплавах наибольшая доля приходится на основной металл, в то время как в высокоэнтропийных сплавах элементы занимают равные или почти равные доли.

-Микроструктура

Разный состав приводит к разным структурам. Традиционные сплавы обычно имеют четко определенную микроструктуру, например, эвтектическую или дендритную, в то время как сплавы HEA имеют неупорядоченную, однородную микроструктуру. Неупорядоченность HEA приводит к случайному распределению атомов, что снижает вероятность фазовых превращений даже при высоких температурах.

-Свойства

Традиционные сплавы обладают различными свойствами, зависящими от их состава и микроструктуры. Например, некоторые традиционные сплавы могут быть прочными, но хрупкими, в то время как другие могут быть вязкими, но иметь низкую прочность.

В отличие от них, сплавы HEA демонстрируют превосходное сочетание свойств, включая высокую прочность, пластичность и термическую стабильность, благодаря своей неупорядоченной микроструктуре. Например, VNbMoTaW - замечательный тугоплавкий сплав с высоким пределом текучести более 600 МПа (87 ksi) даже при температуре 1 400 °C, который может даже превзойти обычные суперсплавы.

-Применение

Традиционные сплавы являются популярными материалами, используемыми в различных областях, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и строительство.

С другой стороны, HEAs - это относительно новый класс материалов, которые все еще изучаются на предмет их потенциального применения. Они уже показали себя с лучшей стороны в различных областях применения, включая высокотемпературные термоэлектрические приложения, износостойкие покрытия и конструкционные материалы.

Например, HEA применяются в автомобильной промышленности для изготовления деталей двигателя, трансмиссии и другого конструкционного оборудования. Благодаря своим высокотемпературным механическим свойствам, радиационной и коррозионной стойкости эти сплавы также являются перспективными материалами для ядерной энергетики.

-Производство

Процесс получения обычных сплавов относительно прост, в то время как для получения высокоэнтропийных сплавов существует множество подходов.

Традиционные сплавы обычно производятся обычными методами, такими как литье, экструзия и ковка. Как правило, процесс включает плавление, смешивание, затвердевание и последующее охлаждение.

Однако для производства HEA требуются специальные технологии (см. рис. 2) из-за их сложного состава и микроструктуры. Большинство из них изготавливается с помощью дуговой и индукционной плавки. При твердофазной обработке используется механическое легирование. При газофазной обработке используется напыление или молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).

[2]

Рисунок 2. Изготовление HEA

Заключение

Одним словом, традиционные сплавы и высокоэнтропийные сплавы различаются по составу, микроструктуре, свойствам, областям применения и методам производства. В то время как традиционные сплавы имеют четко определенную микроструктуру и свойства, высокоэнтропийные сплавы предлагают уникальную комбинацию свойств благодаря неупорядоченной, однородной микроструктуре. HEA являются перспективным классом материалов для различных применений, и их потенциал еще только исследуется. Stanford Advanced Materials (SAM) является надежным поставщиком высокоэнтропийных сплавов. Для получения дополнительной информации посетите нашу домашнюю страницу.

Ссылки:

[1] Высокоэнтропийный сплав. (2023, 5 июня). В Википедии. https://en.wikipedia.org/wiki/High-entropy_alloy#See_also

[2] Zhang, Wei & Zhang, Yong. (2018). Наука и технология в высокоэнтропийных сплавах. Science China Earth Science. 2-22.