STRUCTURAL-PHASE STATUS OF HIGH ENTRICITY NbTiHfVZr ALLOY

Yu. A. Abzaev; Абзаев Ю. А.; S. A. Guda; Гуда С. А.; A. A. Guda; Гуда А. А.; A. A. Zelenkov; Зеленков А. А.; V. I. Kolesnikov; Колесников В. И.

doi:10.31857/S0015323023600636

Структурно-фазовое состояние высокоэнтропийного сплава NbTiHfVZr

Авторы: Абзаев Ю.А.¹, Гуда С.А.²^,3, Гуда А.А.²^,3, Зеленков А.А.¹, Колесников В.И.³
Учреждения:
1. Томский государственный архитектурно-строительный университет
2. Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов, Южный федеральный университет
3. Ростовский государственный университет путей сообщения
Выпуск: Том 124, № 8 (2023)
Страницы: 739-747
Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139492
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023600636
EDN: https://elibrary.ru/SNGOAW
ID: 139492

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Приведены результаты исследования стабильности высокоэнтропийного сплава NbTiHfVZr на основе анализа критических показателей Юм-Розери, энтальпии двойных сплавов методом Miedema, энтропии смешения сплава NbTiHfVZr вблизи температуры плавления. Методом обратных выпуклых оболочек (InveseHubWeb) обнаружены температурные интервалы стабильности, которые для сплава NbTiHfVZr распространяются от температуры плавления до 1200 K. В случае NbTiHfZr температурный интервал стабильности распространяется вплоть до комнатной температуры. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сплавы NbTiHfVZr, NbTiHfZr относятся к высокоэнтропийным, решетки которых принадлежат к классу однофазных одноэлементных твердых растворов. Методом Ритвельда на основе известной экспериментальной дифрактограммы было установлено, что кубические решетки HfNbTiVZr, Hf₂Nb₂Ti₂V₂Zr₂, NbHfTiZr и Hf₂Nb₂Ti₂Zr₂ с пространственной группой P1, найденные с помощью кода USPEX, вносят доминирующий вклад в интегральную интенсивность. В работе для кубических решеток HfNbTiVZr, Hf₂Nb₂Ti₂V₂Zr₂, NbHfTiZr и Hf₂Nb₂Ti₂Zr₂ была установлена полная структурная информация: параметры решеток, координаты атомов, пространственная группа, занятость узлов и т.д. Указанные сплавы характеризуются высокой связанной энергией, стабильны и в соответствии с найденными упругими модулями при комнатной температуре относятся к высокопрочным материалам. Кубические решетки HfNbTiVZr, Hf₂Nb₂Ti₂V₂Zr₂, NbHfTiZr и Hf₂Nb₂Ti₂Zr₂ могут быть включены в кристаллографическую базу данных, используемой для идентификации структурного состояния ВЭС сплавов NbTiHfZr, NbTiHfVZr.

Ключевые слова

высокоэнтропийные сплавы, выпуклые оболочки, стабильность решеток, энергия смешения

Список литературы

Fazakas É., Zadorozhnyy V., Varga L.K., Inoue A., Louzguine-Luzgin D.V., Tian F., Vitos L. Experimental and theoretical study of Ti20Zr20Hf20Nb20X20 (X = V or Cr) refractory high-entropy alloys // Int. J. Refractory Metals and Hard Materials. 2014. V. 47. P. 131–138.
Wu Y.D., Cai Y.H., Wang T., Si J.J., Zhu J., Wang Y.D., Hui X.D. A refractory Hf25Nb25Ti25Zr25 high-entropy alloy with excellent structural stability and tensile properties // Mater. Letters. 2014. V. 130. P. 277–280.
Senkov O.N., Wilks G.B. Mechanical properties of Nb25Mo25Ta25W25 and V20Nb20Mo20Ta20W20 refractory high entropy alloys // Intermetallics. 2011. V. 19(5). P. 698–706.
Li Z., Pradeep K., Deng Y., Raabe D., Tasan C.C. Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength–ductility trade-off // Nature. 2016. V. 534. P. 227–230.
Li R., Xie L., Wang W., Liaw P.K., Zhang Y. High-Throughput Calculations for High-Entropy Alloys: A Brief Review // Frontier in Materials. 2020. V. 7. P. 1–12.
Lee K., Ayyasamy M.V., Delsa P., Hartnett T.Q., Balachandran P.V. Phase classification of multi-principal element alloys via interpretable machine learning // Comp. Mater. 2022. V. 8. 25. P. 1–12.
Rajendrachari S. An Overview of High-Entropy Alloys Prepared by Mechanical Alloying Followed by the Characterization of Their Microstructure and Various Properties // Alloys. 2022. V. 1 (2). P. 116–134.
Zhang Y., Zhou Y.J., Lin J.P., Chen G.L., Liaw P.K. Solid-Solution Phase Formation Rules for Multi-component Alloys // Adv. Eng. Mater. 2008. V. 10. P. 534–538.
Eshed E., Larianovsky N., Kovalevsky A., Popov V.Jr., Gorbachev I., Popov V., Katz-Demyanetz A. Microstructural Evolution and Phase Formation in 2nd-Generation Refractory-Based High Entropy Alloys // Materials. 2018. V. 11. P. 75. https://doi.org/10.3390/ma11020175
Ryltsev R.E., Estemirova S.Kh., Gaviko V.S., Yagodin D.A., Bykov V.A., Sterkhov E.V., Cherepanova L.A., Sipatov I.S., Balyakin I.A., Uporov S.A. Structural evolution in TiZrHfNb high-entropy alloy // Materialia. 2022. V. 21. P. 101311. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2021.101311
Rogachev A., Kovalev D., Fourmont A. Vadchenko S., Kochetov N., Shkodich N., Baras F, Politano O., Moskovskikh D. Structural Transformations in Medium- and High-Entropy Alloy Systems in Course of High-Energy Ball Milling // Int. J Self-Propag. High-Temp. Synth. 2022. V. 31. P. 62–68.
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. Для вузов. 4-е издание. М.: Высш. шк. Изд-во “Академия”, 2001. 743 с.
Oganov A.R., Glass C.W. Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications // J. Chem. Phys. 2006. V. 124 (24). P. 244704. https://doi.org/10.1063/1.2210932
Oganov A.R., Lyakhov A.O., Valle M. How Evolutionary Crystal Structure Prediction Works and Why // Accounts Chem. Research. 2011. V. 44 (3). P. 227–237.
Электронный доступ: https://www.aflowlib.org/search.
Электронный доступ: https://materialsproject.org/.
Evans D., Chen J., Bokas G., Chen W., Hautier G., Sun W. Visualizing temperature-dependent phase stability in high entropy alloys // Comput. Mater. 2021. V. 7. № 151. P. 1–9.
Bokas G.B., Chen W., Hilhorst A., Jacques P.J., Gorsse S., Hautier G. Unveiling the thermodynamic driving forces for high entropy alloys formation through big data ab initio analysis // Scripta Materialia. 2021. V. 202. P. 1–5.
Kosmachev P.V., Abzaev Yu.A., Vlasov V.A. Quantitative phase analysis of plasma-treated high-silica materials // Russian Physics Journal. 2018. V. 61. № 2. P. 264–269.
Ivanov Yu.F., Abzaev Y.A., Gromov V.E., Konovalov S.V., Klopotov A A. and Semin A.P. Phase analysis and structural state of AlCoFeCrNi high-entropy alloy of nonequiatomic composition // AIP Conference Proceedings. 2022. V. 2509. P. 020087. https://doi.org/10.1063/5.0085244
Guo S., Liu C.T. Phase stability in high entropy alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase // Progress Natural Sci.: Material International. 2020. V. 21. P. 43–446.
Yeh J, Chen S, Lin S, Gan J, Chin T, Shun T.-T., Tsau C.-H., Chang S.-Y. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes // Advance Engineering Materials. 2004. V. 6 (5). P. 299–303.
Yeh J.W. Alloy Design Strategies and Future Trends in High-Entropy Alloys // JOM. 2013. V. 65. P. 1759–1771.
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. 58–69.
Электронный доступ: https://en.wikipedia.org/wiki/ Melting_points_of_the_elements.
Daryoush S., Mirzadeh H., Ataie A. Amorphization, mechano-crystallization, and crystallization kinetics of mechanically alloyed AlFeCuZnTi high-entropy alloys // Materials Letters. 2022. V. 307. P. 131098. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131098
Bäker M. Calculating phase diagrams with ATAT //arXiv: 1907.10151v1. https://doi.org/10.48550/arXiv.1907.10151
Электронный доступ: http://nano.sfedu.ru/ru/ structure/facilities/supercomputer-blokhin/.