Получение высокоэнтропийного сплава Fe–Cr–Co–Ni–Ti механическим сплавлением и электроискровым плазменным спеканием порошковой смеси
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-4-12
Аннотация
Методом высокоинтенсивной механической обработки (ВМО) многокомпонентной порошковой смеси Fe + Cr + Co + Ni + Ti получен двухфазный порошковый сплав на основе твердых растворов замещения с ОЦК- и ГЦК-решеткой. Шлифы образцов и частицы полученных смесей изучались на электронном сканирующем автоэмиссионном микроскопе сверхвысокого разрешения методом сканирующей электронной микроскопии. Рентгенограммы смесей регистрировались с помощью дифрактометра ДРОН 3 на FeKα- и CuKα-излучении. Выявлено, что после 10 мин ВМО на рентгенограмме остается один интенсивный суперпозиционный рефлекс, угловое положение которого отвечает рефлексам 111 и 110 фаз с ГЦК- и ОЦК-решеткой соответственно. Искровым плазменным спеканием (ИПС) при температурах 800 и 1000 °С из смеси после 90 мин ВМО получены образцы компактного высокоэнтропийного материала. Определены их удельное электросопротивление и плотность, а также зависимости этих характеристик от температуры спекания. Показано, что в процессе ИПС порошкового сплава, вероятно, происходит обогащение твердого раствора замещения с ОЦК- решеткой титаном.
Ключевые слова
многокомпонентный сплав,
Fe–Cr–Co–Ni–Ti,
высокоинтенсивная механическая обработка (ВМО),
гранецентрированная кристаллическая решетка,
объемно-центрированная кристаллическая решетка,
искровое плазменное спекание (ИПС),
компактный высокоэнтропийный материал
При поддержке: Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-13-00277).
Об авторах
Н. А. Кочетов
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова
Россия
Россия
Канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл, Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
А. С. Рогачев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова
Россия
Россия
Докт. физ.-мат. наук, проф., зав. лабораторией динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл, Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Д. Ю. Ковалев
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова
Россия
Россия
Канд. техн. наук, зав. лабораторией рентгеноструктурных исследований
142432, Московская обл, Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
А. С. Щукин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова
Россия
Россия
Канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории физического материаловедения
142432, Московская обл, Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
С. Г. Вадченко
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) им. А.Г. Мержанова
Россия
Россия
Канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории динамики микрогетерогенных процессов
142432, Московская обл, Ногинский р-н, г. Черноголовка, ул. Акад. Осипьяна, 8
Список литературы
1. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Mater. 2017. Vol. 122. P. 448—511. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.081.
2. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. Microstructures and properties of highentropy alloys. Prog. Mater. Sci. 2014. Vol. 61. P. 1—93. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2013.10.001.
3. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 375-377. P. 213—218. DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.257.
4. Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D., Chang, E.H., George E.P., Ritchie R.O. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications. Science. 2014. Vol. 345. Iss. 6201. P. 1153—1158. DOI: 10.1126/science.1254581.
5. Zhang K., Fu Z. Effects of annealing treatment on phase composition and microstructure of CoCrFeNiTiAlx high-entropy alloys. Intermetallics. 2012. Vol. 22. P. 24—32.
6. Fu Z., Koc R. Processing and characterization of TiB2— TiNiFeCrCoAl high-entropy alloy composite. J. Amer. Ceram. Soc. 2017. Vol. 100. P. 2803—2813. DOI: 10.1111/jace.14814.
7. Varalakshmi S., Kamaraj M., Murty B.S. Synthesis and characterization of nanocrystalline AlFeTiCrZnCu high entropy solid solution by mechanical alloying. J. Alloys. Compd. 2008. Vol. 460(1-2). P. 253—257.
8. Zhu G., Liu Y., Ye J. Fabrication and properties of Ti(C, N)- based cermets with multi-component AlCoCrFeNi high-entropy alloys binder. Mater. Lett. 2013. Vol. 113. P. 80—82.
9. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. Microstructures and properties of high-entropy alloys. Prog. Mater. Sci. 2014. Vol. 61. P. 1—93.
10. Mohanty S., Maity T.N., Mukhopadhyay S., Sarkar S., Gurao N.P., Bhowmick S. Powder metallurgical processing of equiatomic AlCoCrFeNi high entropy alloy: Microstructure and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 679. P. 299—313.
11. Zhang Z.J., Mao M.M., Wang J., Gludovatz B., Zhang Z., Mao S.X., George E.P., Yu Q. Ritchie R.O. Nanoscale origins of the damage tolerance of the highentropy alloy CrMnFeCoNi. Nat. Commun. 2015. Vol. 6 (1-6). P. 10143. DOI: 10.1038/ncomms10143.
12. Ji W., Fu Z., Wang W., Wang H., Zhang J., Wang Y., Zhang F. Mechanical alloying synthesis and spark plasma sintering consolidation of CoCrFeNiAl high-entropy alloy. J. Alloys. Compd. 2014. Vol. 589. P. 61—66.
13. Li D.Y., Zhang Y. The ultrahigh charpy impact toughness of forged AlxCoCrFeNi high entropy alloys at room and cryogenic temperatures. Intermetallics. 2016. Vol. 70. P. 24—28. DOI: 10.1016/j.intermet.2015.11.002.
14. Zhu C., Lu Z.P., Nieh T.G. Incipient plasticity and dislocation nucleation of FeCoCrNiMn high-entropy alloy. Acta Mater. 2013. Vol. 61. P. 2993— 3001.
15. Kilmametov A., Kulagin R.,. Mazilkin A., Seils S., Boll T., Heilmaier M., Hahn H. High-pressure torsion driven mechanical alloying of CoCrFeMnNi high entropy alloy. Scripta Mater. 2019. Vol. 158. P. 29—33.
16. Otto F., Dlouhy A., Somsen Ch., Bei H., Eggeler G., George E.P. The influence of temperature and microstructure on tensile properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy. Acta Mater. 2013. Vol. 61. P. 5743—5755.
17. Gali A., George E.P., Tensile properties of high- and medium- entropy alloys. Intermetallics. 2013. Vol. 39. P. 74—78.
18. Shahmir H., He J., Lu Z., Kawasaki M., Langdona T.G. Evidence for superplasticity in a CoCrFeNiMn high-entropy alloy processed by high-pressure torsion. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 685. P. 342—348.
19. Sun S.J., Tian Y.Z., Lin H.R., Dong X.G., Wang Y.H., Zhang Z.J., Zhang Z. Enhanced strength and ductility of bulk CoCrFeMnNi high entropy alloy having fully recrystallized ultrafine-grained structure. Mater. Desing. 2017. Vol. 133. P. 122—127.
20. Prusa F., Senkova A., Kucera V., Capek J., Vojtech D. Properties of highstrength ultrafine-grained CoCrFeNiMn high-entropy alloy prepared by short-term mechanical alloying and spark plasma sintering. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 734. P. 341—352.
21. Lua J., Wang B., Qiu X., Peng Zh., Ma M. Microstructure evolution and prop-erties of CrCuFexNiTi high-entropy alloy coating by plasma cladding on Q235. Surf. Coat. Technol. 2017. Vol. 328. P. 313—318. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.08.019.
22. Yeh J.-W., Chen Y.-L., Lin S.-J., Chen S.-K. High-entropy alloys — A new era of exploration. Mater. Sci. Forum. 2007. Vol. 560. P. 1—9.
23. Yeh J.-W., Chen S.-K., Gan J.-Y., Lin S.-J., Chin T.-S., Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Formation of simple crystal structures in Cu—Co—Ni—Cr—Al—Fe—Ti—V alloys with multiprincipal metallic elements. Metal. Mater. Trans. A. 2004. Vol. 35A. P. 2533—2536. DOI: 10.1007/s11661-006-0234-4.
24. Bhattacharjee P.P., Sathiaraj G.D., Zaid M., Gatti J.R., Lee C., Tsai C.-W., Yeh J.-W. Microstructure and texture evolution during annealing of equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 587. P. 544—552.
25. Gu J., Ni S., Liu Y., Song M. Regulating the strength and ductility of a cold rolled FeCrCoMnNi high-entropy alloy via annealing treatment. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 755. P. 289—294.
26. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kochetov N.A., Rouvimov S., Kovalev D.Yu., Shchukin A.S., Moskovskikh D.O., Nepapushev A.A., Mukasyan A.S. Structure and properties of equiatomic CoCrFeNiMn alloy fabricated by highenergy ball milling and spark plasma sintering. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 805. P. 1237—1245. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.07.195.
27. Shkodich N.F., Spasova M., Farle M., Kovalev D.Yu., Nepapushev A.A., Kuskov K.V., Vergunova Yu.S., Scheck Yu.B., Rogachev A.S. Structural evolution and magnetic properties of high-entropy CuCrFeTiNi alloys prepared by high-energy ball milling and spark plasma sintering. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 816. P. 152611. P. 1—8. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152611.
28. Рогачев А.С. Механическая активация гетерогенных экзотермических реакций в порошковых смесях. Успехи химии. 2019. No. 9. С. 875—900. DOI: 10.1070/RCR4884?locatt=label:RUSSIAN.
29. Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Щукин А.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe—Cr—Co—Ni—Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. No. 2. С. 35—42. DOI: 10.17073/1997-308X-2018-2-35-42.
30. Gomez-Esparza C.D., Baldenebro-Lopez F., Gonzalez-Rodelas L., Baldenebro-Lopez J., Martínez-Sanchez R. Series of nanocrystalline NiCoAlFe(Cr,Cu,Mo,Ti) high-entropy alloys produced by mechanical alloying. Mater. Res. 2016. Vol. 19. (Suppl. 1). P. 39—46. DOI: 10.1590/1980-5373-MR-2015-0668.
31. Rogachev A.S., Gryadunov A.N., Kochetov N.A., Schukin A.S., Baras F., Politano O. High-entropy-alloy binder for TiC-based cemented carbide by SHS method. Int. J. of SHS. 2019. Vol. 28. No. 3. P. 196—198. DOI: 10.3103/S1061386219030117.
32. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kochetov N.A., Kovalev D.Yu., Kovalev I.D., Shchukin A.S., Gryadunov A.N., Baras F., Politano O. Combustion synthesis of TiC-based ceramicmetal composites with high entropy alloy binder. J. Eur. Ceram. Soc. 2020. Vol. 40. P. 2527—2532. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.059.
33. Gao M.C., Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. High-entropy alloys. fundamentals and applications. 2016. P. 516. DOI: 10.1007/978-3-319-27013-5.
Рецензия
Для цитирования:
Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Ковалев Д.Ю., Щукин А.С., Вадченко С.Г. Получение высокоэнтропийного сплава Fe–Cr–Co–Ni–Ti механическим сплавлением и электроискровым плазменным спеканием порошковой смеси. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021;(2):4-12. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-4-12
For citation:
Kochetov N.A., Rogachev A.S., Kovalev D.Yu., Shchukin A.S., Vadchenko S.G. Production of high-entropy Fe–Cr–Co–Ni–Ti alloy by mechanical alloying and spark plasma sintering of a powder mixture. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2021;(2):4-12. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-4-12
Просмотров:
615
Послать статью по эл. почте 