Несколько важных аспектов высокоэнтропийного сплава, которые вы должны знать

Введение

Высокоэнтропийные металлические сплавы (ВЭС) - это новый класс материалов, которые стали перспективной альтернативой традиционным сплавам. Ниже приведены некоторые важные факты, которые следует учитывать при изучении ВЭС. Надеемся, что вы сможете лучше понять эти материалы будущего.

[1]

Рисунок 1. Примеры высокоэнтропийных сплавов

Что такое высокоэнтропийный сплав?

-Определение

Высокоэнтропийный сплав, или ВЭС, - это современный материал с 5 и более металлическими элементами, неупорядоченной структурой и высокой энтропией. HEA существенно отличаются от традиционных сплавов. Они не основаны на одном основном компоненте, а состоят из нескольких главных элементов. А именно, HEA содержит не менее 5 элементов, причем доля каждого из них равна или примерно равна. Эти сплавы также характеризуются высокой энтропией, что обуславливает их уникальные свойства и применение.

-Свойства

Сплавы HEA обладают превосходной комбинацией свойств, которые не встречаются в традиционных сплавах. К ним относятся высокая прочность, пластичность и термическая стабильность. Эти сплавы также демонстрируют отличную износостойкость, коррозионную стойкость и высокотемпературные свойства, что делает их идеальным кандидатом для использования в жестких условиях.

Например, VNbMoTaW обладает высоким пределом текучести более 600 МПа (87 ksi) даже при температуре 1 400 °C. CoCrFeMnNi обладает исключительными низкотемпературными механическими свойствами и высокой вязкостью разрушения. А сплав Al0,5CoCrCuFeNi отличается высокой усталостной прочностью и пределом выносливости по сравнению с обычными стальными и титановыми сплавами.

-Производство

Производство HEA требует специальных технологий, таких как порошковая металлургия, электроосаждение и механическое легирование, из-за их сложного состава и микроструктуры. Большинство из них изготавливается с помощью дуговой и индукционной плавки. Также могут использоваться напыление, молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE) или механическое плавление. Эти методы позволяют создавать HEA с индивидуальными характеристиками и микроструктурами, которые подходят для конкретных применений.

Рисунок 2. Методы производства HEA

-Применение

HEA показали себя с лучшей стороны в различных областях применения, включая высокотемпературные термоэлектрические приложения, износостойкие покрытия и конструкционные материалы. Они также были исследованы на предмет использования в аэрокосмической, автомобильной и биомедицинской промышленности. Уникальное сочетание свойств, проявляемых HEA, делает их идеальным кандидатом для использования в жестких условиях, где традиционные сплавы могут выйти из строя.

Сплавы HEA также применяются в автомобильной промышленности для изготовления деталей двигателя, трансмиссии и другого конструкционного оборудования. Кроме того, благодаря своей устойчивости к радиации и коррозии эти сплавы являются перспективными материалами для ядерной промышленности.

Четыре основополагающих принципа высокоэнтропийного сплава

В продолжение статьи давайте познакомимся с основополагающими принципами высокоэнтропийных сплавов.

1. Энтропийная стабилизация твердых растворов

Первый основной эффект - энтропийная стабилизация. Под ней понимается явление, когда высокая конфигурационная энтропия приводит к стабилизации фазы твердого раствора. Это означает, что твердый раствор более стабилен, чем интерметаллическая фаза, благодаря более низкой энергии Гиббса. [2]

2. Сильное искажение их решеток

Во-вторых, решетка HEA значительно искажена из-за разницы в размерах легирующих элементов, что оказывает многообразное влияние на физико-механические свойства HEA.

3. Кинетика вялой диффузии

Кроме того, ГЭА демонстрирует медленную кинетику диффузии. В основном это связано с тем, что атомы труднее диффундируют через твердые растворы с высокой концентрацией многих элементов.

4. Эффект коктейля

Наконец, составы HEA сложны, поскольку множество элементов взаимодействуют друг с другом, что приводит к необычному поведению, которое невозможно предсказать на основе свойств отдельных элементов. Это явление называется эффектом коктейля. Такие межэлементные взаимодействия могут приводить к особым, трудно предсказуемым свойствам.

Заключение

Одним словом, высокоэнтропийные сплавы обладают исключительным сочетанием свойств, специализированных методов производства и пригодностью для различных применений. Они также хорошо известны (1) энтропийной стабилизацией (2) сильным искажением их решеток, (3) вялой кинетикой диффузии и (4) эффектом коктейля. По мере продолжения исследований HEAs, вероятно, будет реализован весь их потенциал, что приведет к созданию еще более совершенных материалов для использования в различных областях. Stanford Advanced Materials (SAM) является надежным поставщиком высокоэнтропийных сплавов. Если вы заинтересованы, отправьте нам запрос.

Ссылки:

[1] Saro San, Yang Tong, Hongbin Bei, Boopathy Kombaiah, Yanwen Zhang, Wai-Yim Ching, First-principles calculation of lattice distortions in four single phase high entropy alloys with experimental validation, Materials & Design, Volume 209, 2021, 110071, ISSN 0264-1275, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110071.

[2] Pickering, E., & Jones, N. (2016). Высокоэнтропийные сплавы: Критическая оценка их основополагающих принципов и будущих перспектив. International Materials Review. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1180020