پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi: مطالعه و بررسی ریزساختار آلیاژ ساخته شده با فرآیند ذوب مجدد قوسی در خلاء

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی تهران، ایران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی تهران، ایران
10.22034/frj.2024.470403.1199
چکیده
مواد آنتروپی بالا دسته جدیدی از مواد پیشرفته هستند که با استفاده از حداقل پنج و حداکثر سیزده عنصر تشکیل دهنده آلیاژی در نسبت‌های هم‌اتمی یا نزدیک به هم‌اتمی هستند و در طول چند سال اخیر به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد مورد توجه محققان قرار گرفتند. در میان روش‌های تولید آلیاژهای آنتروپی بالا، روش ذوب مجدد قوسی در خلاء (VAR)به دلیل کنترل فرآیند ذوب و انجماد سریع مذاب از اهمیت بالایی برخوردار است و منجر به همگنی ریزساختاری بهتر نسبت به ریخته‌گری می‌شود. هدف از این پژوهش، ساخت ترکیب شیمیایی همگن و یکنواخت از آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi با فرآیند (VAR) و بررسی ریزساختار، شناسایی و توزیع عناصر، ترکیب فازی و سختی آلیاژ با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش‌سنجی اشعه ایکس، طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده القایی و سختی‌سنج است. بررسی و نتایج نشان داد که آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi در محدوده تشکیل محلول جامد و دارای ساختار دو فازی BCC+FCC است. همچنین ساختار گلبرگی شکل با نواحی دندریتی و بین دندریتی در تصاویر مشخص شد. توزیع و پراکندگی عناصر تشکیل دهنده به‌صورت یکنواخت در تصاویر آنالیز MAP مشاهده شد. مقدار درصد وزنی عناصر تشکیل دهنده با درصد وزنی تئوری محاسبه شده هم‌خوانی داشت. پارامتر شبکه برای فاز BCC و FCC به ترتیب 868/2 و 578/3 آنگستروم محاسبه شد و سختی آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi برای نمونه بالک 505 ویکرز گزارش شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]  Yeh JW, Chen SK, Lin SJ, Gan JY, Chin TS, Shun TT, et al. Nanostructured high‐entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes. Advanced engineering materials. 2004, 6(5) 299-303.
[2]  Gopal P, Soorya Prakash K, Kavimani V, Rajendiran G. [Retracted] Processing and Properties of AlCoCrFeNi High Entropy Alloys: A Review. Advances in Materials Science and Engineering. 2022, 2022(1) 1190161.
[3]  Zhang Y, Zuo TT, Tang Z, Gao MC, Dahmen KA, Liaw PK, et al. Microstructures and properties of high-entropy alloys. Progress in materials science. 2014, 61, 1-93.
[4]  Shiratori H, Fujieda T, Yamanaka K, Koizumi Y, Kuwabara K, Kato T, et al. Relationship between the microstructure and mechanical properties of an equiatomic AlCoCrFeNi high-entropy alloy fabricated by selective electron beam melting. Materials Science and Engineering: A. 2016, 656, 39-46.
[5]  Chou H-P, Chang Y-S, Chen S-K, Yeh J-W. Microstructure, thermophysical and electrical properties in AlxCoCrFeNi (0≤ x≤ 2) high-entropy alloys. Materials Science and Engineering: B. 2009, 163(3) 184-9.
[6]  Lu Y, Dong Y, Guo S, Jiang L, Kang H, Wang T, et al. A promising new class of high-temperature alloys: eutectic high-entropy alloys. Scientific reports. 2014, 4(1) 6200.
[7]  Gao K, Liu D, Sun D, Gao Y, Wang Z, An L. Microstructure and properties of AlCoCrNiFe high-entropy alloy sintered by hot oscillating pressing. Intermetallics. 2023, 154,107802.
[8]  Joseph J, Hodgson P, Jarvis T, Wu X, Stanford N, Fabijanic DM. Effect of hot isostatic pressing on the microstructure and mechanical properties of additive manufactured AlxCoCrFeNi high entropy alloys. Materials Science and Engineering, A. 2018, 733, 59-70.
[9]  Li M, Gazquez J, Borisevich A, Mishra R, Flores KM. Evaluation of microstructure and mechanical property variations in AlxCoCrFeNi high entropy alloys produced by a high-throughput laser deposition method. Intermetallics. 2018, 95, 110-118.
[10]   Kunce I, Polanski M, Karczewski K, Plocinski T, Kurzydlowski K. Microstructural characterisation of high-entropy alloy AlCoCrFeNi fabricated by laser engineered net shaping. Journal of Alloys and Compounds. 2015, 648,751-758.
[11]   Fu Z, Chen W, Chen Z, Wen H, Lavernia EJ. Influence of Ti addition and sintering method on microstructure and mechanical behavior of a medium-entropy Al0. 6CoNiFe alloy. Materials Science and Engineering, A. 2014, 619, 137-145.
[12]   Ji W, Fu Z, Wang W, Wang H, Zhang J, Wang Y, et al. Mechanical alloying synthesis and spark plasma sintering consolidation of CoCrFeNiAl high-entropy alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2014, 589, 61-66.
[13]   Elmi F, Valipour E, Ghasemi S. Synthesis of anticorrosion nanohybrid films based on bioinspired dopamine, L-cys/CNT@ PDA through self-assembly on 304 stainless steel in 3.5% NaCl. Bioelectrochemistry. 2019, 126,79-85.
[14]   Cieslak J, Tobola J, Berent K, Marciszko M. Phase composition of AlxFeNiCrCo high entropy alloys prepared by sintering and arc-melting methods. Journal of Alloys and Compounds. 2018, 740, 264-72.
[15]   Qiu X-W. Microstructure and properties of AlCrFeNiCoCu high entropy alloy prepared by powder metallurgy. Journal of Alloys and Compounds. 2013, 555, 246-9.
[16]   Sreeramagiri P, Alrehaili H, Wu X, Dinda G, Balasubramanian G. Comparison of laser deposition methods for the synthesis of AlxCoCrFeNi multi-principal element alloy. Journal of Materials Research and Technology. 2022, 19, 1090-101.
[17]   Wang X, Guo W, Fu Y. High-entropy alloys: emerging materials for advanced functional applications. Journal of Materials Chemistry A. 2021, 9(2) 663-701.
[18]   Huang M, Wang C, Cui H, Zhang W, Zhang C. Investigation of the structure and properties of AlCrCuFeNiVx high-entropy alloys. Vacuum. 2020, 173, 109129.
[19]   Zhang Y, Ma S, Qiao J. Morphology transition from dendrites to equiaxed grains for AlCoCrFeNi high-entropy alloys by copper mold casting and Bridgman solidification. Metallurgical and Materials Transactions A. 2012, 43, 2625-30.
[20]   وردی پ.، آلیاژهای آنتروپی بالا به زبان ساده ویرایش دوم، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، اصفهان، 1402.
[21]   Ji X. Relative effect of electronegativity on formation of high entropy alloys. International Journal of Cast Metals Research. 2015, 28(4) 229-33.
[22]   George EP, Raabe D, Ritchie RO. High-entropy alloys. Nature reviews materials. 2019, 4(8), 515-34.
[23]   Poletti MG, Battezzati L. Electronic and thermodynamic criteria for the occurrence of high entropy alloys in metallic systems. Acta Materialia. 2014, 75, 297-306.
[24]   Gromov VEe, Konovalov SVe, Ivanov YF, Osintsev K. Structure and properties of high-entropy alloys: Springer, 2021.
[25]   Takeuchi A, Inoue A. Classification of bulk metallic glasses by atomic size difference, heat of mixing and period of constituent elements and its application to characterization of the main alloying element. Materials transactions. 2005, 46(12) 2817-29.
[26]   Tanada D, Lyth SM, Ishikawa K, Miyajima Y. Deposition of high entropy alloy sub-surface films on metal substrates via DC magnetron sputtering with a CoCrFeMnNi target. Applied physics letters. 2024, 124(15).
[27]   Senkov ON, Isheim D, Seidman DN, Pilchak AL. Development of a refractory high entropy superalloy. Entropy. 2016, 18(3) 102.
[28]   Yeh J-W. Alloy design strategies and future trends in high-entropy alloys. Jom. 2013, 65, 1759-71.
[29]   Murty BS, Yeh J-W, Ranganathan S, Bhattacharjee PP. High-entropy alloys: Elsevier, 2019.
[30]   Zhang X, Liu L, Yao K, Duan K, Wu F, Zhao R, et al. The phase composition characteristics of AlCoCrFeNi high entropy alloy heat-treated by simple normalizing treatment and its effects on mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds. 2022, 926, 166896.
[31]   Manzoni A, Daoud H, Völkl R, Glatzel U, Wanderka N. Phase separation in equiatomic AlCoCrFeNi high-entropy alloy. Ultramicroscopy. 2013, 132, 212-5.
[32]   عباسیان وردین ن.، سعید ت.، اکبری ع.، اثر حرارت ورودی بر ریزساختار آلیاژ انتروپی بالای AlCoCrFeNi روکش دهی شده با روش جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ(GTAW) ، چهارمین کنفرانس بین المللی جوشکاری و آزمایش‌های غیرمخرب و بیست و دومین کنفرانس ملی جوش و بازرسی و یازدهمین کنفرانس ملی آزمایش های غیرمخرب، 1400، 1-11.
[33]   Shun T-T, Hung W-J. Effects of Cr Content on Microstructure and Mechanical Properties of AlCoCrxFeNi High‐Entropy Alloy. Advances in Materials Science and Engineering. 2018, 2018(1) 5826467.
[34]   Kumar A, Arora A, Chandrake R, Rao KR, Chopkar M, editors. Effect of silicon addition on alcocrfeni high entropy alloys prepared by vacuum arc melting. AIP Conference Proceedings,  2020, AIP Publishing.
دوره 9، شماره 1 - شماره پیاپی 26
بهار و تابستان
تابستان 1404
صفحه 5-17

  • تاریخ دریافت 24 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 06 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 20 مهر 1403