Трибологические и термодинамические свойства высокоэнтропийных сплавов CrMnFeCoNi, CuCrMnFeCoNi, их стабильность и прогноз структуры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Высокоэнтропийные покрытия на основе 3d-металлов обладают уникальным сочетанием прочности и пластичности в широком температурном диапазоне, и могут быть получены по технологии вакуумного ионно-плазменного магнетронного напыления. Однако модельные расчеты термомеханических свойств таких сплавов осложнены отсутствием в литературе стабильных и равновесных решеток с полной структурной информацией. В статье реализован прогноз стабильности фаз эквиатомного высокоэнтропийного покрытия CrMnFeCoNi методом обратных выпуклых оболочек, определены термодинамические, механические свойства. Обнаружено, что вплоть до комнатной температуры к стабильным фазам относится также среднеэнтропийный, 4-х элементный сплав состава MnFeCoNi.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Колесников

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Ростов-на-Дону

А. А. Гуда

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Ростов-на-Дону

И. В. Колесников

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Ростов-на-Дону

С. А. Гуда

Ростовский государственный университет путей сообщения

Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Ростов-на-Дону

К. Н. Политыко

Ростовский государственный университет путей сообщения

Автор, ответственный за переписку.
Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Ю. А. Абзаев

Томский государственный архитектурно-строительный университет

Email: politykokirill@yandex.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Cantor B., Chang I., Knight P., Vincent A. J.B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials Science and Engineering A. 2023. V. A375–377. P. 213. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
  2. 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. V. 345 (6201). P. 1153. https://doi.org/10.1126/science.1254581
  3. Otto F., Dlouhý A., Pradeep K. G., Kubenov M., Raabe D., Eggeler G., George E. P. Decomposition of the single-phase high-entropy alloy CrMnFeCoNi after prolonged anneals at inter-mediate temperatures // Acta Materialia. 2016. V. 112. P. 40. http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.005 1359–6454 2016
  4. Laplanche G., Gadaud P., Horst O., Otto F., Eggeler G., George E. P. Temperature dependencies of the elastic moduli and thermal expansion coefficient of an equiatomic, single-phase CoCrFeMnNi high-entropy alloy // J. of Alloys and Compounds. 2014. V. 623. P. 348. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.11.061
  5. Sahlberg M., Karlsson D., Zlotea C., Jansson C. U. Superior hydrogen storage in high entropy alloys // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 36770. https://doi.org/10.1038/srep36770
  6. Senkov O.N., Wilks G. B., Scott J. M., Miracle D. B. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 refractory high entropy alloys // Intermetallics. 2011. V. 19 (5). Р. 698. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.01.004
  7. Li Z., Pradeep K. G., Deng Y., Raabe D., Tasan C. C. Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength–ductility trade-off // Nature. 2016. V. 534. P. 227. https://doi.org/10.1038/nature17981
  8. Li R., Xie L., Wang W. Y., Liaw P. K., Zhang Y. High-Throughput Calculations for High-Entropy Alloys: A Brief Review // Front. Mater. 2020. V. 7. P. 12. https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00290
  9. Lee K., Ayyasamy M. V., Delsa P., Hartnett T. O., Balachandran P. V. Phase classification of multi-principal element alloys via interpretable machine learning // npj Comput Mater. 2022. V. 8 (25). P. 12. https://doi.org/10.1038/s41524–022–00704-y
  10. Abzaev Yu.A., Guda S. A., Guda A. A., Zelenkov A. A., Kolesnikov V. I. Structural Phase State of High-Entropy NbTiHfVZr Alloy // Physics of Metals and Metallography. 2023. V. 124 (8). P. 807.
  11. Ivanov Yu.F., Abzaev Y. A., Gromov V. E., Konovalov S. V., Klopotov A. A., Semin A. P. Phase analysis and structural state of AlCoFeCrNi high-entropy alloy of non-equiatomic composition // AIP Con-ference Proceedings. 2022. V. 2509. P. 020087.
  12. Evans D., Chen J., Bo-kas G., Chen W., Hautier G., Sun W. Visualizing temperature-dependent phase stability in high entropy alloys // Computational Materials. 2021. V. 7 (151). P. 1.
  13. Oganov A. R., Glass C. W. Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications // The Journal of Сhemical Рhysics. 2006. № 124. 244704.
  14. Oganov A.R., Lyakhov A. O., Valle M. How Evolutionary Crystal Structure Prediction Works-and why // Accounts of Chemical Research. 2011. № 44 (3). P. 227.
  15. Wang V., Xu N., Liu J.-C., Tang G., Geng W.-T. Vaspkit: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code // Computer Physics Communications. 2021. № 267. P. 108033. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033
  16. Togo A., Oba F., Tanaka I. First-Principles Calculations of the Ferroelastic Transition between Rutile Type and CaCl2-Type SiO2 at High Pressures // Physical Review B. 2008. № 78 (3). P. 134106. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.78.134106
  17. Головин Ю. И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009. 312 с.
  18. ГОСТ 8.748–2011 (ИСО 14577–1:2002) Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1: Метод испытаний.
  19. Bäker M. Calculating phase diagrams with ATAT // arXiv: 1907.10151v1
  20. Zhang R. F., Zhang S. H., He Z. J., Jing J., Sheng S. H. Miedema Calculator: A thermodynamic platform for predicting formation enthalpies of alloys within framework of Miedema’s Theory // Computer Physics Communications. 2016. V. 209. P. 58.
  21. Kosmachev P. V., Abzaev Yu.A., Vlasov V. A. Quantitative phase analysis of plasma-treated high-silica materials // Russian Physics J. 2018. V. 61 (2). P. 264.
  22. Mazhnik E., Oganov A. R. Application of machine learning methods for predicting new superhard materials // J. of Applied Physics. 2020. № 128. P. 075102.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Обратная выпуклая оболочка ВЭС — CrMnFeCoNi при разных температурах: (a) — Т = 700 K; (б) — Т = 800 K; (в) — Т = 850 K; (г) — Т = 1000 K; (д) — Т = 1500 K; (е) — Т = 1795 K.

Скачать (519KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Tермомеханические свойства ВЭС — CrMnFeCoNi в зависимости от температуры: (a) — объем решетки; (б) — объемный модуль упругости; (в) — удельная теплоемкость; (г) — термодинамические свойства: 1– энтропия S, Дж/К/моль, 2 — фононная удельная теплоемкость Cv, Дж/К/моль, 3 — энтальпия H, кДж/моль; (д) — энергия Гиббса; (е) — коэффициент термического расширения; (ж) — энергия элементарной ячейки в зависимости от объема; (з) — коэффициент Грюнайзена; (и) — свободная энергия решетки от объема при разных температурах: равновесная свободная энергия 1 и зависимость свободной энергии от объема при различных температурах 2.

Скачать (239KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Tермомеханические свойства ВЭС — MnFeCoNi в зависимости от температуры: (a) — объем решетки; (б) — объемный модуль упругости; (в) –удельная теплоемкость; (г) — термодинамические свойства: 1 — энтропия S, Дж/К/моль, 2 — фононная удельная теплоемкость Cv, Дж/К/моль, 3 — энтальпия H, кДж/моль; (д) — энергия Гиббса; (е) — коэффициент термического расширения; (ж) — энергии элементарной ячейки в зависимости от объема при 0 К; (з) — коэффициент Грюнайзена; (и) — равновесная свободная энергия 1 и зависимость свободной энергии от объема при различных температурах 2.

Скачать (239KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пространственное распределение атомов в решетке: (а) — MnFeCoNi; (б) — CrMnFeCoNi.

Скачать (213KB)
Метаданные

Статистика

Просмотры

Аннотация: 214

Dimensions

Метрики статей

Загрузка метрик ...

PlumX


© Российская академия наук, 2024