Комплексное модифицирование поверхностного слоя высокоэнтропийного сплава Al–Cr–Fe–Co–Ni электронно-ионно-плазменной обработкой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Используя технологию проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM – wire arc additive manufacture), был изготовлен высокоэнтропийный сплав неэквиатомного состава Al, Cr, Fe, Co, Ni. Методами современного физического материаловедения выполнен анализ элементного и фазового состава, дефектной субструктуры, механических и трибологических свойств поверхностного слоя высокоэнтропийного сплава, сформированного в результате комплексного модифицирования, сочетающего напыление пленки (B + Cr) и облучение импульсным электронным пучком в среде аргона. В исходном состоянии сплав имеет простую кубическую решетку с параметром решетки 0.28795 нм, средний размер зерна высокоэнтропийного сплава составляет 12.3 мкм. Химические элементы (ат. %) 33.4 Al; 8.3 Сr, 17.1 Fe, 5.4 Co, 35.7 Ni, формирующие высокоэнтропийный сплав, распределены квазипериодически. Выявлен режим облучения (плотность энергии пучка электронов ES = 20 Дж/см2, длительность импульса – 200 мкс, число импульсов – 3 имп., частота – 0.3 с–1), позволяющий повысить микротвердость (почти в два раза) и износостойкость (более чем в пять раз), снизить коэффициент трения в 1.3 раза. Независимо от величины ES высокоэнтропийный сплав является однофазным материалом, имеет простую кубическую кристаллическую решетку. Высокоскоростная кристаллизация поверхностного слоя приводит к формированию субзеренной структуры (150–200) нм. Показано, что увеличение прочностных и трибологических свойств высокоэнтропийного сплава обусловлено существенным (в 4.5 раза) снижением среднего размера зерна, формированием частиц оксиборидов хрома и алюминия, внедрением атомов бора в кристаллическую решетку ВЭС.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Ф. Иванов

Институт сильноточной электроники СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yufi55@mail.ru
Россия, Томск

М. О. Ефимов

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: yufi55@mail.ru
Россия, Новокузнецк

А. Д. Тересов

Институт сильноточной электроники СО РАН

Email: yufi55@mail.ru
Россия, Томск

В. Е. Громов

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: gromov@physics.sibsiu.ru
Россия, Новокузнецк

Ю. А. Шлярова

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: yufi55@mail.ru
Россия, Новокузнецк

И. А. Панченко

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: yufi55@mail.ru
Россия, Новокузнецк

Список литературы

  1. George E.P., Curtin W.A., Tasan C.C. // Acta Materialia. 2020. V. 188. P. 435. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.015
  2. Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 4. С. 249. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258
  3. Рогачев А.С. // Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121, № 8. P. 807. https://doi.org/10.31857/S0015323020080094
  4. Gromov V.Е., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Osintsev K.A. Structure and properties of high-entropy alloys. Springer. Advanced structured materials, 2021. V. 107. 110 p.
  5. Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., Shun T.T., Tsau C.H., Chang S.Y. // Advanced Engineering Materials. 2004. V. 6. № 5. P. 299. https://doi.org/10.1002/adem.200300567
  6. Miracle D.B., Senkov O.N. // Acta Mater. 2017. V. 122. P. 448. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081
  7. Zhang W., Liaw P.K., Zhang Y. // Sci China Mater. 2018. V. 61. № 1. P. 2. https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8
  8. Tsai M.-H., Yeh J.-W. // Mater. Res. Lett. 2014. V. 2:3. № 3. P. 107. https://doi.org/10.1080/21663831.2014.912690
  9. Alaneme K.K., Bodunrin M.O., Oke S.R. // J. Mater. Res. Technol. 2016. V. 5. № 4. P. 384. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.004
  10. Liu K., Nene S.S., Frank M., Sinha S., Mishra R.S. // Appl. Mater. Today. 2019. V. 15. P. 525. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.04.001
  11. Yeh J.W. // Annalesde Chimie. Science des Materiaux. 2006. V. 31, № 6. P. 63. https://doi.org/10.3166/acsm.31.633-648
  12. Yeh J.W. // JOM. 2013. V. 65. № 12. P. 1759. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0761-6
  13. Zhang L.S., Ma G.-L., Fu L.-C., Tian J.-Y. // Advanced Materials Research. 2013. V. 631–632. P. 227. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.631-632.227
  14. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. // Progress in Mater. Sci. 2014. V. 61. P. 1–93. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
  15. Gali A., George E.P. // Intermetallics. 2013. V. 39. P. 74. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2013.03.018
  16. Murty B.S., Yeh J.W., Ranganathan S., Bhattacharjee P.P. High-Entropy Alloys. Second edition. Amsterdam: Elsevier, 2019. 374 p.
  17. Zhang Y. High-Entropy Materials. A brief introduction. Singapore: Springer Nature, 2019. 159 p.
  18. Ivanov Yu.F., Gromov V.Е., Zagulyaev D.V., Konovalov S.V., Rubannikova Yu.A., Semin A.P. // Progress in Physics of Metals. 2020. V. 21. № 3. P. 345. https://doi.org/10.15407/ufm.21.03.345
  19. Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams. Cambridge International Science Publishing Ltd, 2015. 272 p.
  20. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Шлярова Ю.А., Коновалов С.В., Воробьев С.В., Кириллова А.В. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022. № 1. С. 65. https://doi.org/10.54826/19979258_2022_1_65
  21. Погребняк А.Д., Багдасарян А.А., Якущенко И.В., Береснев В.М. // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 11. С. 1027. https://doi.org/10.1070/RCR4407
  22. Guo J., Goh M., Zhu Z., Lee X., Nai M.L.S., Wei J. // Materials and Design. 2018. V. 153. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.05.012
  23. Lindner T., Löbel M., Sattler B., Lampke T. // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 371. P. 389. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.10.017

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение структуры ВЭС (а); (б)–(е) – изображения участка образца (а), полученные в характеристическом рентгеновском излучении атомов Cr (б), Fe (в), Ni (г), Al (д), Co (е)

Скачать (922KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты микрорентгеноспектрального анализа участка образца ВЭС (а), выполненные методом “вдоль линии”; (б)–(е) – распределение вдоль указанной на рис. 2а линии интенсивностей характеристического рентгеновского излучения атомов Co (б), Al (в), Cr (г), Ni (д), Fe (е)

Скачать (967KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фрагмент рентгенограммы высокоэнтропийных сплавов перед облучением

Скачать (273KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость микротвердости (а), параметра износа (б), коэффициента трения (в) и параметра кристаллической решетки (г) поверхностного слоя системы “пленка/подложка” от плотности энергии пучка электронов. Микротвердость высокоэнтропийных сплавов в исходном состоянии 4.7 ГПа. Параметр износа системы пленка/подложка перед облучением 14 × 10–5 мм3/Н∙м, коэффициент трения 0.65

Скачать (391KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структура системы “пленка/подложка”, облученной импульсным электронным пучком при плотности энергии пучка электронов 20 Дж/см2

Скачать (468KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Электронно-микроскопическое изображение структуры системы пленка/подложка, облученной импульсным электронным пучком при плотности энергии пучка электронов 20 Дж/см2 (а); (б)–(г) – изображения участка образца (а), полученные в характеристическом рентгеновском излучении атомов Cr (б), В (в), О (г)

Скачать (725KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024