Везде

ОХНММеталлы Russian Metallurgy

  • ISSN (Print) 0869-5733
  • ISSN (Online) 3034-5391

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРУ ВЭС AlNiCoFeCr И AlNiCoFeCrCu, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ДУГОВОЙ ПЛАВКИ

Вы можете
Код статьи
S30345391S0869573325050516-1
DOI
10.7868/S3034539125050516
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Меньшикова С.Г.
  • Аффилиация: Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Том/ Выпуск
Том / Номер выпуска 5
Страницы
5-16
Аннотация
С помощью методов высокоразрешающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследованы фазовый состав и морфологические особенности структуры полученных методом дуговой плавки высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) AlNiCoFeCr и AlNiCoFeCrCu эквиативных составах. Исследована структура сплавов после термического воздействия по режиму: нагрев до 1650 °C + последующее охлаждение со скоростью 1 °C/с. Структура пятикомпонентного ВЭС после дуговой плавки представлена твердым раствором из зерен фазы В2 размером ~0,12 m и с микротвердостью ~5 ГПа. После термического воздействия размер зерен фазы В2 увеличивается до ~50 мкм, на их границах зафиксированы две разные по морфологии и химическому составу фазы. Микротвердость сплава уменьшается до ~4,8 ГПа. Структура шестикомпонентного сплава AlNiCoFeCrCu после дуговой плавки микрокристаллическая дендритная. Распределение химических элементов по объему сплава неоднородно. В дендритах преобладает медь. Междендритная область имеет структуру типа видманштеттовой. В слитке реализуются два типа структур: фазы типа В2 (в матричном пространстве) и типа А1 (в дендритах). Микротвердость сплава ~6,5 ГПа. При нагреве сплава до 1650 °C на термограмме ДТА проявляются три происходящих в образце эндогермических процесса. При последующем затвердевании формируется структура с двумя типами дендритов с субструктурой. Дендриты различаются размером, формой и содержанием элементов. В междендритном пространстве, также как и в образце после дуговой плавки, структура типа видманштеттовой, но размеры пластин на порядок больше. При кристаллизации одновременно происходит расслоение в дендритах и в междендритном пространстве с выделением нескольких фаз разных состава и морфологии. Микротвердость сплава уменьшается до ~ 5 ГПа.
Ключевые слова
высокоэнтропийные сплавы твердый раствор видманштеттова структура затвердевание фаза
Дата публикации
08.12.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
19

Библиография

  1. 1. Рогачев, А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов / А.С. Рогачев // ФММ. 2020. Т.121. №80. @@Rogachev, A.S. Structure, stability and properties of high-entropy alloys / A.S. Rogachev // Phys. met. and metallurgy. 2020. V.121. №80. P.807–841.)
  2. 2. Иванов, Ю.Ф. Структура и свойства высокоэнтропийного сплава, подвергнутого электронно-ионно-плазменной обработке / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, С.В. Коновалов [и др.] // Пробл. черной металлургии и материаловедения. 2022. №4. @@Ivanov, Yu.F. Structure and properties of high-entropy alloy subjected to electron-ion-plasma processing / Yu.F. Ivanov, V.E. Gromov, S.V. Konovalov [et al.] // Problems of ferrous metallurgy and mater. sci. 2022. №4. P.102–115.)
  3. 3. Батаева, З.Б. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода / З.Б. Батаева, А.А. Руктуев, И.В. Иванов [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т.23. №2. @@Bataeva, Z.B. Review of studies of alloys developed based on the entropy approach / Z.B. Bataeva, A.A. Ruktuev, I.V. Ivanov [et al.] // Metal processing (technology, equipment, tools). 2021. V.23. №2. P.116–146.)
  4. 4. Krishna, Aravind. A comprehensive review on advances in high entropy alloys: Fabrication and surface modification methods, properties, applications, and future prospects / Aravind Krishna, Niveditha Noble, N. Radhika, Bassiouny Saleh // J. Manufacturing Processes. 2024. V.109. P.583–606.
  5. 5. Li, Shuai. Evolution of corrosion mechanism of 3d transition metal high entropy alloys : A review / Shuai Li, Xin Liu, Xiaotong Hou, Zhongying Liu, Xingxing Wang, Jinoop Arackal Narayanan, Tingting Wu, Yanchao Bai, Yong Dong, Hui Jiang // J. Mater. Res. Tech. 2025 V.35. P.4142–4163.
  6. 6. Кончаков, Р.А. Характеристики дефектов и энтропия смешения в высокоэнтропийных сплавах системы FeNiCrCoCu / Р.А. Кончаков, А.С. Макаров, Н.П. Кобелев, В.А. Хоник // ЖЭТФ. 2024. Т.165. Вып.3. @@Konchakov, R.A. Characteristics of defects and entropy of mixing in high-entropy alloys of the FeNiCrCoCu system / R.A. Konchakov, A.S. Makarov, N.P. Kobelev, V.A. Khonic // J. Exp. Theor. Phys. 2024. V.165. Is.3. P.367–373.)
  7. 7. Макаров, А.С. Избыточная энтропия металлических стекол и ее связь со стеклообразующей способностью материнских расплавов / А.С. Макаров, Р.А. Кончаков, Г.В. Афонин, Ц.Ч. Цзиао, Н.П. Кобелев, В.А. Хоник // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т.120. Вып.10. @@Makarov, A.S. Excess entropy of metallic glasses and its relationship with the glass-forming ability of parent melts / A.S. Makarov, R.A. Konchakov, G.V. Afonin, Ts.Ch. Jiao, N.P. Kobelev, V.A. Khonic // Lett. to JETP. 2023. V.120. Is.10. P.794–801.)
  8. 8. Deepak, Kumar Recent advances in tribology of high entropy alloys : A critical review march // Progr. Mater. Sci. 2023. V.136. №3. Art.101106.
  9. 9. Menshikova, S.G. Study of the evolution of the structure of a high-entropy Al20Ni20Co20Fe20Cr20 alloy under the action of high pressure and temperature / S.G. Menshikova // J. of Surf. Investig. : X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2024. V.18. №4. P.851–858.
  10. 10. Ke Xiong. Cooling-rate effect on microstructure and mechanical properties of Al0,5CoCrFeNi high-entropy alloy / Ke Xiong, Lin Huang, Xiaofeng Wang, Lin Yu // Metals. 2022. V.12. №8. Art.1254.
  11. 11. Tong, C.J. Mechanical performance of the AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements // C.J. Tong, M.R. Chen, S.K. Chen, J.W. Yeh, T.T. Shun, S.J. Lin, S.J. Chang // Met. Mater. Trans. A. 2005. V.36a. P.881–893.
  12. 12. Niu, S.Z. Improved tensile properties of Al0.5CoCrFeNi high-entropy alloy by tailoring microstructures / S.Z. Niu, H.C. Kou, J. Wang, J.S. Li // Rare Met. 2021. V.40. P.1–6.
  13. 13. Ma, Y. The BCC/B2 Morphologies in AlxNiCoFeCr High-Entropy Alloys / Y. Ma, B. Jiang, C. Li [et al.] // Metals. 2017. V.7. Art.57.
  14. 14. Choudhuri, D.D. Change in the primary solidification phase from fcc to bcc-based B2 in high entropy or complex concentrated alloys / D.D. Choudhuri, G. Bharat, G. Stéphane [et al.] // Scripta Materialia. 2017. V.127. P.186–190.
  15. 15. Singh, S. Decomposition in multi-component AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy / S. Singh, N. Wanderka , B.S. Murty [et al.] // Acta Materialia. 2011. V.59. №1. P.182–190.
  16. 16. Kuznetsov, A.V. Tensile properties of an AlCrCuNiFeCo high-entropy alloy in as-cast and wrought conditions / A.V. Kuznetsova, D.G. Shaysultanov, N.D. Strepanov [et al.] // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V.533. P.107–118.
  17. 17. Tong, C.J. Microstructure characterization of AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements / C.J. Tong, Y.L. Chen, S.K. Chen, J.W. Yeh, T.T. Shun, C.H. Tsau // Met. Mater. Trans. A. 2005. V.36a. P.881–893.
  18. 18. Hsu, U.S. Alloying behavior of iron, gold and silver in AlCoCrCuNi-based equimolar high-entropy alloys / U.S. Hsu, U.D. Hung, J.W. Yeh, S.K. Chen, Y.S. Huang, C.C. Yang // Mater. Sci. Eng. A. 2007. V.460–461. P.403–408.
  19. 19. Radhika, N. Electrochemical and hot corrosion behaviour of annealed AlCoCrFeNi HEA coating over steel / N. Radhika, N. Noble, A.A. Adediran // Scientific Reports. 2024. V.14. №1. Art.5652.
  20. 20. Nordling, C. Physics handbook for science and engineering / C. Nordling, J. Osterman. – Lund : Studentlitteratur, 1999. 452 p.
  21. 21. Özkaya, Serdar Microstructural, mechanical, and tribological characteristics of ZA40 alloy reinforced with AlCrCuFeNi high entropy alloy : An experimental study / Serdar Özkaya // JOM : J. Miner., Metals & Mater. Soc. 2025. V.77. №23. P.1–16.
  22. 22. Свенчанский, А.Д. Электрические промышленные установки / А.Д. Свенчанский, И.П. Евтюкова, Л.С. Кацевич [и др.]. – М. : Энергоиздат, 1982. 60 @@Svenchansky, A.D. Magnetron sputtering systems / Industrial electrical installations / A.D. Svenchansky, I.P. Evtyukova, L.S. Katsevich [et al.]. – Moscow : Energoizdat, 1982. 60 p.)
  23. 23. Дьяконова, Н.П. Фазовые превращения в объемном аморфном сплаве на основе железа при размоле в шаровой мельнице / Н.П. Дьяконова, Е.А. Захарова, Т.А. Свиридова, Т.Р. Чуева // Изв. РАН. Сер. физическая. 2019. T.83. №10. @@Dyakonova, N.P. Phase transformations in a bulk amorphous iron-based alloy during grinding in a ball mill / N.P. Dyakonova, E.A. Zakharova, T.A. Sviridova, T.R. Chueva // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Phys. Ser. 2019. V.83. №10. P.1348–1352.)
  24. 24. Данилин, Б.С. Магнетронные распылительные системы / Б.С. Данилин, В.К. Сырчин. – М. : Радио и связь, 1982. 72 c. – (Danilin, B.S. Magnetron sputtering systems / B.S. Danilin, V.K. Syrchin. – Moscow : Radio and Communications, 1982. 72 p.)
  25. 25. Мирошниченко, И.С. Закалка из жидкого состояния / И.С. Мирошниченко. – М. : Металлургия, 1982. 168 @@Miroshnichenko, I.S. Quenching from a liquid state / I.S. Miroshnichenko. – Moscow : Metallurgy, 1982. 168 p.)
  26. 26. Амосов, А.П. Технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов. – М. : [Б.и.], 2007. 13 @@Amosov, A.P. Technology of self-propagating high-temperature synthesis / A.P. Amosov, I.P. Borovinskaya, A.G. Merzhanov. – Moscow : [S.n.], 2007. 13 p.)
  27. 27. Паньшин, И.О. Влияние титана на структурообразование и микротвердость высокоэнтропийного сплава системы Al-Co-Cr-Fe-V-M (M = Ti), синтезированного СВС-металлургией / И.О. Паньшин, Э.Х. Ри, Е.Д. Ким, В.С. Попова // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. 2025. №1. @@Panshin, I.O. Effect of titanium on the structure formation and microhardness of high-entropy alloy of the Al-Co-Cr-Fe-V-M (M = Ti) system synthesized by SHS metallurgy / I.O. Panshin, E.Kh. Ri, E.D. Kim, V.S. Popova // Scientific notes of Komsomolsk-on-Amur State Technical University. 2025. №1. P.81–85.)
  28. 28. Бродова, И.Г. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов / И.Г. Бродова, П.С. Попель, Н.М. Барбин, Н.А. Ватолин. – Екатеринбург : [Б.и.], 2005. 369 @@Brodova, I.G. Initial melts as the basis for the formation of the structure and properties of aluminum alloys / I.G. Brodova, P.S. Popel, N.M. Barbin, N.A. Vatolin. – Ekaterinburg : [S.n.], 2005. 369 p.)
  29. 29. Электронный ресурс: https://uran.ru/node/6565 (дата обращения: 24.06.2025 г.)
  30. 30. Ситникова, В.Е. Методы термического анализа. Практикум / В.Е. Ситникова, А.А. Пономарева, М.В. Успенская. – СПб. : Университет ИТМО, 2021. 152 @@Sitnikova, V.E. Methods of thermal analysis. Workshop / V.E. Sitnikova, A.A. Ponomareva, M.V. Uspenskaya. – St. Petersburg : ITMO University, 2021. 152 p.)
  31. 31. Awotunde, M.A. NiAl intermetallic composites – a review of processing methods, reinforcements and mechanical properties / M.A. Awotunde, Olusoji O. Ayodele, Adewale O. Adegbenjo, Avwerosuoghene M. Okoro, Mxolisi B. Shongwe, Peter A. Olubambi // The Intern. J. Adv. Manufac. Tech. 2019. V.104 (5–8). P.1–18.
  32. 32. Косицын, С.В. Фазовые и структурные превращения в сплавах на основе моноалюминида никеля / С.В. Косицын, И.И. Косицына // Успехи физ. мет. 2008. T.9. C.195–258. – (Kositsyn, S.V. Phase and structural transformations in alloys based on nickel monoaluminide / S.V. Kositsyn, I.I. Kositsyna // Uspekhi phys. met. 2008. V.9. P.195–258.)
  33. 33. Кринов, Е.Л. Вестники вселенной / Е.Л. Кринов. – М. : Гос. изд-во географ. лит., 1963. 141 @@Krinov, E.L. Messengers of the Universe / E.L. Krinov. – Moscow : State Publ. House of Geograph. Literature, 1963. 141 p.)
  34. 34. Tokarewicz, M. The influence of annealing at 500 and 900 °C on the structure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi alloys / M. Tokarewicz, M. Grądzka-Dahlke, K. Rećko, M. Łępicka // Materials. 2023. V.16. Is.3. P.1245–1250.
  35. 35. Ríos, López Effects of nickel content on the microstructure, microhardness and corrosion behavior of high-entropy AlCoCrFeNix alloys / M. López Ríos, P.P. Socorro Perdomo, I. Voiculescu, V. Geanta, V. Crăciun, I. Boerasu, J.C. Mirza Rosca // Sci. Rep. 2020. V.10. Art.21119.
  36. 36. Shun, T.-T. Effects of Cr content on microstructure and mechanical properties of AlCoCrxFeNi high-entropy alloy / T.-T. Shun, W.-J. Hung // Adv. Mater. Sci. Eng. 2018. V.1. P.1–7. Art.5826467.
  37. 37. Guo, L. Effect of Fe on microstructure, phase evolution and mechanical properties of (AlCoCrFeNi)100-XFex high entropy alloys processed by spark plasma sintering / L. Guo, D. Xiao, W. Wu, M. Song // Intermetallics. 2018. V.103. P.1–11.
  38. 38. Tong, C.-J. Microstructure characterization of AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloy system with multiprincipal elements. / C.-J. Tong, Y.-L. Chen, J.-W. Yeh, S.-J. Lin, S.-K. Chen, T.-T. Shun, C.-H. Tsau, S.-Y. Chang // Met. Mater. Trans. A. 2005. V.36. P.881–893.
  39. 39. Kao, Y.-F. Microstructure and mechanical property of as-cast, homogenized, and deformed AlxCoCrFeNi (0≤x≤2) high-entropy alloys / Y.-F. Kao, T.-J. Chen, S.-K. Chen, J.-W. Yeh // J. Alloys Compd. 2009. V.488. №1. P.57–64.
  40. 40. Joseph, J. Comparative study of the microstructures and mechanical properties of direct laser fabricated and arc-melted AlxCoCrFeNi high entropy alloys / J. Joseph, T. Jarvis, X. Wu, N. Stanford, P. Hodgson, D.M. Fabijanic // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V.633. P.184–193.
  41. 41. Joseph, J. The sliding wear behaviour of CoCrFeMnNi and AlxCoCrFeNi high entropy alloys at elevated temperatures / J. Joseph, N. Haghdadi, K. Shamlaye, P. Hodgson, M. Barnett, D. Fabijanic // Wear. 2019. V.428–429. P.32–44.
  42. 42. Geanta, V. Chemical composition influence on microhardness, microstructure and phase morphology of AlxCrFeCoNi high entropy alloys / V. Geanta // Rev. Chim. 2018. V.69. P.798–801.
  43. 43. Liang, J.-T. Effect of heat treatment on the phase evolution and mechanical properties of atomized AlCoCrFeNi high-entropy alloy powders / J.-T. Liang, K.-C. Cheng, S.-H. Chen // J. Alloys Compd. 2019. V.803. P.484–490.
  44. 44. Cheng, K.-C. Properties of atomized AlCoCrFeNi high-entropy alloy powders and their phase-adjustable coatings prepared via plasma spray process / K.-C. Cheng, J.-H. Chen, S. Stadler, S.-H. Chen // Appl. Surf. Sci. 2019. V.478. P.478–486.
  45. 45. Zhang, X. The phase composition characteristics of AlCoCrFeNi high entropy alloy heat-treated by simple normalizing treatment and its effects on mechanical properties / Zhang X., Liu L., Yao K., Duan K., Wu F., Zhao R., Zhang Y., Shang J., Chen M. // J. Alloys Compd. 2022. V.926. Art.166896.
  46. 46. Ивченко, М.В. Структура, фазовые превращения и свойства высокоэнтропийных эквиатомных металлических сплавов на основе AlCrFeCoNiCu : дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 / М.В. Ивченко. – Екатеринбург : Ин-т физики металлов УрО РАН, 2015. 167 @@Ivchenko, M.V. Structure, phase transformations and properties of high-entropy equiatomic metallic alloys based on AlCrFeCoNiCu : dissertation ... candidate of physical and mathematical sciences : 01.04.07 / M.V. Ivchenko. –Ekaterinburg : Institute of Metal Physics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2015. 167 p.)
  47. 47. Tung, C.-C. On the elemental effect of AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy system / C.-C. Tung, J.-W. Yeh, T.-T. Shun, S.-K. Chen, Y.-S. Huang, H.-C. Chen // Mat. Lett. 2007. V.61. P.1–5.
  48. 48. Chen, M.-R. Effect of vanadium addition on the microstructure, hardness, and wear resistance of Al0,5CoCrCuFeNi high-entropy alloy / M.-R. Chen, S.-J. Lin, J.-W. Yeh, S.-K. Chen, Y.-S. Huang, M.-H. Chuang // Met. Mater. Trans. 2006. V.37a. P.1363–1369.
  49. 49. Wang, X.F. Novel microstructure and properties of multicomponent CoCrCuFeNiTix alloys / X.F. Wang, Y. Zhang, Y. Qiao, G.L. Chen // Intermetallics. 2007. V.15. P.357–362.
  50. 50. Shiratori, H. Relationship between the microstructure and mechanical properties of an equiatomic AlCoCrFeNi high-entropy alloy fabricated by selective electron beam melting / H. Shiratori, T. Fujieda, K. Yamanaka, Y. Koizumi // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V.656. P.39–46.
  51. 51. Chen, C. Influences of laser surface melting on microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of dual-phase Cr-Fe-Co-Ni-Al high entropy alloys / C. Chen, H. Zhang, S. Hu, R. Wei, T. // J. Alloys Compd. 2020. V.826. Art.154100.
  52. 52. Uporov, S. Effect of synthesis route on structure and properties of AlCoCrFeNi high-entropy alloy / S. Uporov, V. Bykov, S. Pryanichnikov, A. Shubin // Intermetallics. 2017. Т.83. P.1–8.
  53. 53. Tokarewicz, M. Review of recent research on AlCoCrFeNi high-entropy alloy / M. Tokarewicz, M. Grądzka-Dahlke // Metals. 2021. V.11. №8. P.1–14. Art.1302.
  54. 54. Электронный ресурс : https://www.gminsights.com/ru/industry-analysis/high-entropy-alloy-market (дата обращения: 25.06.2025 г.)
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека