1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 10, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 10, стр. 949-960

Эволюция структуры и фазового состава высокоэнтропийного сплава CoCrFeNiCu при длительном отжиге

М. В. Поляков a, b, *, Д. Ю. Ковалев a, Л. С. Волкова b, С. Г. Вадченко a, А. С. Рогачев a

a Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН)
142432 Черноголовка, ул. акад. Осипьяна, 8, Россия

b Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
119991 Москва, Ленинский просп., 32а, Россия

* E-mail: maxsimpolykovv@gmail.com

Поступила в редакцию 16.05.2023
После доработки 28.07.2023
Принята к публикации 17.08.2023

Аннотация

Исследована термическая стабильность высокоэнтропийного сплава (ВЭС) CoCrFeNiCu при длительном отжиге в течение 204 сут в температурном интервале 873–1273 К. Сплав, полученный механохимическим сплавлением порошков металлов в планетарной мельнице в течение 120 мин в среде Ar, является твердым раствором замещения на основе высокоэнтропийной фазы с гранецентрированной кубической структурой (ГЦК). При отжиге исходная ГЦК-фаза в течение 1–3 сут распадается на обогащенную медью фазу ГЦК1 и обедненную медью ГЦК2 с близкими параметрами кристаллической решетки – 3.60 и 3.57 Å соответственно. На протяжении всего времени отжига происходит перераспределение интенсивностей дифракционных линий фаз ГЦК1 и ГЦК2, динамика и характер которого зависит от температуры, и длительности процесса. После первых трех суток и до конца термообработки ВЭС сохраняет ГЦК-структуру твердого раствора замещения, а параметры элементарных ячеек образовавшихся ГЦК-фаз остаются постоянными с погрешностью 0.1% вплоть до 204 сут. Пятикомпонентная матрица, образовавшаяся после отжига, имеет химический состав Co0.23Cr0.23Fe0.23Ni0.23Cu0.08 и является стабильной. Также в течение всего периода термообработки наблюдается увеличение размера зерен: сначала, когда происходит активная перестройка структуры, размер увеличивается быстро, затем в период от 1 до 30 сут рост зерен лимитируется диффузией компонентов, а на очень больших временных отрезках рост зерен еще больше затормаживается.

Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, длительный отжиг, эволюция структуры, СЭМ, ПЭМ, РФА, механическое сплавление

Список литературы

  1. Murty B.S., Ranganathan S., Yeh J.W., Bhattacharjee P.P. High Entropy Alloys. Elsevier. 2019. 388 p.

  2. Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., Shun T.T., Tsau C.H., Chang S.Y. Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes // Adv. Eng. Mater. 2004. V. 6. № 5. P. 299–303.

  3. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. Microstructural Development in Equiatomic Multicomponent Alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 375–377. № 1–2 SPEC. ISS. P. 213–218.

  4. Cantor B. Progress in Materials Science Multicomponent high-entropy Cantor alloys // Prog. Mater. Sci. 2021. V. 120. Art. 100754.

  5. Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // ФММ. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841.

  6. Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Mater. 2017. V. 122. P. 448–511.

  7. Yeh J.-W. Recent progress in high-entropy alloys // Ann. Chim. Sci. des Mater. 2006. V. 31. P. 633–648.

  8. Wang X.F., Zhang, Y., Qiao Y., Chen G.L. Novel microstructure and properties of multicomponent CoCrCuFeNiTix alloys // Intermetallics. 2007. V. 15. № 3. P. 357–362.

  9. Tong C.J., Chen Y.L., Chen, S.K., Yeh J.W., Shun T.T., Tsau C.H., Lin S.J., Chang S.Y. Microstructure characterization of AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements // Metall. Mater. Trans. A. Phys. Metall. Mater. Sci. 2005. V. 36. № 4. P. 881–893.

  10. Wang J., Zhang Y., Niu S.Z., Wang W.Y., Kou H.C., Li J.S., Wang S.Q., Beaugnon E. Formation of a hexagonal closed-packed phase in Al0.5CoCrFeNi high entropy alloy // MRS Commun. 2017. V. 7. P. 879–884.

  11. Syed Ghazi S., Ravi K.R. Phase-evolution in high entropy alloys: Role of synthesis route // Intermetallics. 2016. V. 73. P. 40–42.

  12. Koch C.C. Nanocrystalline high-entropy alloys // J. Mater. Res. 2017. V. 32. P. 3435–3444.

  13. Shkodich N.F., Spasova M., Farle M., Kovalev D.Y., Nepapushev A.A., Kuskov K.V., Vergunova Y.S., Scheck Y.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. Alloy. Compd. 2020. V. 816. Art. 152611. P. 1–14.

  14. Varalakshmi S., Kamaraj M., Murty B.S. Synthesis and characterization of nanocrystalline AlFeTiCrZnCu high entropy solid solution by mechanical alloying // J. Alloy. Compd. 2008. V. 460. P. 253–257.

  15. An Z., Jia H., Wu Y., Rack P.D., Patchen A.D., Liu Y., Ren Y., Li N., Liaw P.K. Solid- solution CrCoCuFeNi high-entropy alloy thin films synthesized by sputter deposition // Mater. Res. Lett. 2015. V. 3. P. 203–209.

  16. Arfaoui M., Radnóczi G., Kis V.K. Transformations in CrFeCoNiCu high entropy alloy thin films during in-situ annealing in TEM // Coatings. 2020. V. 10. P. 1–15.

  17. Park N., Watanabe I., Terada D., Yokoyama Y., Liaw P.K., Tsuji N. Recrystallization behavior of CoCrCuFeNi high-entropy alloy // Metall. Mater. Trans. A. Phys. Metall. Mater. Sci. 2015. V. 46. P. 1481–1487.

  18. Lin C.M., Tsai H.L., Bor H.Y. Effect of aging treatment on microstructure and properties of high-entropy Cu0.5CoCrFeNi alloy // Intermetallics. 2010. V. 18. P. 1244–1250.

  19. Zheng H., Chen R., Qin G., Li X., Su Y., Ding H., Guo J., Fu H. Microstructure evolution, Cu segregation and tensile properties of CoCrFeNiCu high entropy alloy during directional solidification // J. Mater. Sci. Technol. 2020. V. 38. P. 19–27.

  20. Praveen S., Murty B.S., Kottada R.S. Alloying behavior in multi-component AlCoCrCuFe and NiCoCrCuFe high entropy alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 534. P. 83–89.

  21. Thangaraju S., Bouzy T.E., Hazotte A. Phase stability of a mechanically alloyed CoCrCuFeNi high entropy alloy // Adv. Eng. Mater. 2017. V. 19. Art. 1700095.

  22. Pandey V.K., Shivam V., Sarma B.N., Mukhopadhyay N.K. Phase evolution and thermal stability of mechanically alloyed CoCrCuFeNi high entropy alloy // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. Art. 1655b9.

  23. Shkodich N.F., Kovalev I.D., Kuskov K. V., Kovalev D.Y., Vergunova Y.S., Scheck Y.B., Vadchenko S.G., Politano O., Baras F., Rogachev A.S. Fast mechanical synthesis, structure evolution, and thermal stability of nanostructured CoCrFeNiCu high entropy alloy // J. Alloys Compd. 2022. V. 893. Art. 161839. P. 1–13.

  24. Otto F., Dlouhý A., Pradeep K.G., Kuběnová M., Raabe D., Eggeler G., George E.P. Decomposition of the single-phase high-entropy alloy CrMnFeCoNi after prolonged anneals at intermediate temperatures // Acta Mater. 2016. V. 112. P. 40–52.

  25. Laplanche G., Berglund S., Reinhart C., Kostka A., Fox F., George E.P. Phase stability and kinetics of σ-phase precipitation in CrMnFeCoNi high-entropy alloys // Acta Mater. 2018. V. 161. P. 338–351.

  26. Rogachev A.S., Vadchenko S.G., Kovalev D.Y., Kochetov N.A., Zhukovskyi, M., Orlova T., Mukasyan A.S. Long term stability of a high-entropy CoCrFeNiTi alloy fabricated by mechanical alloying // J. Alloys Compd. 2023. V. 931. Art. 167470. P.1–14.

  27. Kiryukhantsev-Korneev P., Sytchenko A., Moskovskikh D., Kuskov K., Volkova L., Poliakov M., Pogozhev Y., Yudin S., Yakushko E., Nepapushev A. Hard Wear-Resistant Ti–Si–C Coatings for Cu–Cr Electrical Contacts // Materials. 2023. V. 16. № 3. P. 2–3.

  28. ГОСТ 21073.0–75. Металлы цветные. Определение величины зерна. Общие требования. Дата введения: 01.07.1976.

  29. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977. 280 с.

  30. 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 // Progress in Materials Science. 2014. V. 61. P. 1–93.

  31. Wang Z., Huang Y., Yang Y., Wang J., Liu C.T. Atomic-size effect and solid solubility of multicomponent alloys // Scripta Mater. 2015. V. 94 P. 28–31.

  32. Guo S., Ng C., Lu J., Liu C.T. Effect of valence electron concentration on stability of fcc or bcc phase in high entropy alloys // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. № 10. Art. 103 505. P. 1–5.

  33. Mulliken R.S. A New Electroaffinity Scale; Together with Data on Valence States and on Valence Ionization Potentials and Electron Affinities // J. Chemical Physics. 1934. V. 2. № 11. P. 782–793.

  34. Mulliken R.S. Chemical bonding // Ann. Rev. Phys. Chem. 1978. V. 29. P. 1–30.

  35. Филиппов Г.Г., Горбунов А.И. Новый подход к выбору практической шкалы электроотрицательностей атомов // Российский химический журн. 1995. Т. 39. Вып. 2. С. 39–42.

  36. He F., Wang Z., Wu Q., Li J., Wang J., Liu C.T. Phase separation of metastable CoCrFeNi high entropy alloy at intermediate temperatures // Scripta Materialia. 2017. V. 126. P. 15–19.

  37. Praveen S., Basu J., Kashyap S., Kottada R.S. Exceptional resistance to grain growth in nanocrystalline CoCrFeNi high entropy alloy at high homologous temperatures // J. Alloys Compd. 2016. V. 662. P. 361–367.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал