Высокоэнтропийные сплавы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Атомная структура высокоэнтропийного сплава CoCrFeMnNi

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) — сплавы, которые содержат не менее 5 элементов, причём количество каждого из них не должно превышать 35 ат % и не должно быть меньше 5 ат. %. Для таких сплавов характерны повышенные, по сравнению с традиционными многокомпонентными сплавами, значения энтропии смешения Smix. Классическими примерами ВЭСов являются многокомпонентные сплавы, в которых элементы находятся в равной атомной доле [1]. Термин «высокоэнтропийные сплавы» был введен тайваньским ученым Цзянь-Вэй Йе, поскольку при содержании в сплаве большого количества элементов при примерно равных пропорциях энтропия при смешивании существенно выше[2].

Высокоэнтропийные сплавы выделены в особую группу, так как процессы структуро- и фазообразования в них, а также диффузионная подвижность атомов, механизм формирования механических свойств и термическая стабильность существенно отличаются от аналогичных процессов в традиционных сплавах. К последним относятся сплавы, в которых есть базовые элементы (Fe, Ni, Mо, Al и др.), определяющие кристаллическую решетку материала. Фазовый состав таких сплавов легко прогнозировать исходя из двойных или тройных диаграмм состояния, а введение легирующих добавок приводит либо к твердорастворному упрочнению исходной решетки, либо к выделению в ней дисперсных фаз.

Сплавы, содержащие менее пяти элементов (три или четыре) относят к среднеэнтропийным (СЭС)[3].

Объяснение [4] повышенного значения энтропии в ВЭС опирается на представления классической термодинамики о том, что энтропия смешения между растворимыми компонентами максимальна, когда эти компоненты находятся в эквиатомной концентрации. В приближении идеальных растворов конфигурационная энтропия смешения Smix сплава в таком случае записывается как Smix= R · ln n , где R — универсальная газовая постоянная, а n — число компонентов в сплаве. Поэтому значение энтропии смешения Smix в эквиатомных многокомпонентных сплавах растет с увеличением компонентов, входящих в такую систему. Высокие значения энтропии смешения (Smix>11 Дж/моль•К) в многокомпонентных эквиатомных (или околоэквиатомных) сплавах понижают свободную энергию, в результате чего существенно повышается вероятность реализации в них твердых растворов замещения, имеющих простую кристаллическую решетку. Действительно, структура многих пяти- и шестикомпонентных ВЭС образована однофазными твердыми растворами с ОЦК или ГЦК решеткой. Кристаллическая решетка в ВЭС, состоящая из атомов разнородных элементов с разным электронным строением и размерами, существенно искажена. Вследствие этих особенностей ВЭС обладают рядом улучшенных физических свойств, в том числе и механических. Для них характерны благоприятное сочетание прочности и пластичности, высокая устойчивость как к термическим, так и к механическим воздействиям.

В настоящее время изучено множество различных ВЭСов, и, несмотря на то, что исследования носят пока чисто научный характер и направлены на установление закономерностей влияния различных факторов (размер атомов, электроотрицательность, энтальпия смешения, электронная концентрация и т.д.) на свойства получаемых ВЭСов[5][6][7][8], среди исследованных сплавов есть материалы, которые по твердости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости [9][10], термостабильности, нижним границам температуры использования уже могут конкурировать с лучшими традиционными сплавами специального назначения и часто заметно превосходят их.

Например, сплав титана, гафния, тантала и ниобия[11][12] или хрома, марганца, железа, кобальта и никеля[13]обладают очень высоким потенциалом для применения в качестве криогенных сплавов.

Высокоэнтропийные сплавы используют в качестве материалов для электроискрового легирования. Таким методом получают качественные защитные покрытия с длительным сроком службы

Литература[править | править код]

  1. ↑ 1. Yeh J.W., Chen Y.L., Lin S.J. High-entropy alloys – a new era of exploitation // Materials Science Forum. 2007. 560. 1-9.
  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. (May 2004). "Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes". Advanced Engineering Materials. 6 (5): 299—303. doi:10.1002/adem.200300567. ISSN 1438-1656. S2CID 137380231.
  3. ↑ Е.Н.Япрынцева, О.Н.Иванов, А.Е.Васильев, М.Н.Япрынцев. Микроструктура и термоэлектрические свойства среднеэнтропийных соединений BiSbTe1.5Se1.5 и PbSnTeSe, полученных реакционным искровым плазменным спеканием // Физика и техника полупроводников : журнал. — 2022. — Т. 56, вып. 2. — С. 141-144.
  4. ↑ Табачникова Е.Д., Лактионова М.А., Семеренко Ю.А., Шумилин C.Э., Подольский А.В., Тихоновский М.А., Мишкуф Й., Чах K. Механические свойства высокоэнтропийного сплава Al0.5CoCrCuFeNi в разных структурных состояниях в интервале температур 0,5–300 К // ФНТ. — 2017. — Т. 43, вып. 9. — С. 1381-1395. Архивировано 7 ноября 2017 года.
  5. ↑ О.М.Мисливченко та інші. Мікроструктура і фізико-механічні властивості високоентропійного сплаву AlCrCoNiCuFeх «Фізика і хімія твердого тіла» м. Івано-Франківськ, Україна, №3 за 2014, Ст. 661-665.
  6. ↑ О.М. Мисливченко та інші. Вплив нікелю на структуру та фазовий склад високоентропійного сплаву VCrMnFeCoNiх «Сверхтвердые материаллы» м. Київ, Україна №3 2015р. Ст. 52-60.
  7. ↑ Мисливченко О.М. та інші. Механічні властивості та особливості формування фаз в високоентропійних сплавах системи CrFeNiCuCoAlх «Порошковая Металлургия» м. Київ, Україна №5/6 за 2015 Ст 116-126.
  8. ↑ Ю.А. Семеренко, Е.Д. Табачникова, Т.М. Тихоновская, И.В. Колодий, А.С. Тортика, С.Э. Шумилин, М.А. Лактионова. Температурная зависимость акустических и механических свойств литого и отожжённого высокоэнтропийного сплава Al0.5CoCrCuFeNi // Металлофиз. новейшие технол.. — 2015. — Т. 37, вып. 11. — С. 1001—1012. Архивировано 7 ноября 2017 года.
  9. ↑ О.М. Мисливченко та інші. Властивості багатокомпонентного високоентропійного сплаву AlCrFeCoNi легованного міддю «Проблеми тертя та зношування» м. Київ, Україна №2 за 2014 Ст 103-111.
  10. ↑ O.M. Myslyvchenko, O.P. Gaponova, V.B. Tarelnyk, M. O. Krapivka. The Structure Formation and Hardness of High-Entropy Alloy Coatings Obtained by Electrospark Deposition (англ.) // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. — 2020-07-01. — Vol. 59, iss. 3. — P. 201–208. — ISSN 1573-9066. — doi:10.1007/s11106-020-00152-7.
  11. ↑ Обнаружен невозможный металлический сплав. Science: обнаружен исключительно устойчивый к разрушениям сплав. Лента.ру (23 апреля 2024). Дата обращения: 28 апреля 2024.
  12. ↑ Дарина Житова. Создан материал, который остается сверхпрочным и вязким при любых температура. Хайтек+ (30 апреля 2024). Дата обращения: 28 апреля 2024.
  13. ↑ Металлический сплав, прочный и пластичный при криогенных температурах. Инноком (6 сентября 2014). Дата обращения: 12 мая 2024.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Высокоэнтропийные_сплавы&oldid=137826487