Получение и структура четырех TiZrVNb и пятикомпонентных TiZrHfVNb тугоплавких высокоэнтропийных сплавов
- Авторы: Сипатов И.С.1, Петрова С.А.1, Игнатьева Е.В.1, Ремпель А.А.1
-
Учреждения:
- Институт металлургии Уральского отделения РАН
- Выпуск: № 5 (2023)
- Страницы: 454-466
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0235-0106/article/view/141792
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010623050092
- EDN: https://elibrary.ru/VTDNAO
- ID: 141792
Цитировать
Аннотация
Высокоэнтропийные сплавы привлекают внимание исследователей благодаря наличию комплекса новых свойств. В работе рассмотрены факторы, влияющие на структуру высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) на основе элементов Ti, Zr, Hf, V и Nb. Приведены данные о структуре четырехкомпонентного Ti25Zr25V25Nb25 и пятикомпонентного Ti20Zr20Hf20V20Nb20 сплавов, полученных при одинаковых режимах плавки и охлаждения в дуговой печи. Данные энергодисперсионного химического анализа показали, что химический состав сплавов соответствовал номинальному. На основании анализа микрофотографий поверхности слитков сделан вывод о том, что использованный режим плавки приводил к перегреву четырехкомпонентного сплава, а пятикомпонентного – нет. Экспериментально обнаружено, что первичное формирование четырехкомпонентного сплава происходит быстрее, чем пятикомпонентного, однако дальнейший переплав в условиях перегрева приводит к образованию многофазной структуры. Максимальное содержание ОЦК твердого раствора (98%) в сплаве Ti25Zr25V25Nb25 было достигнуто при первом переплаве, а другой фазой (2%) был ГЦК твердый раствор. Максимальное содержание ОЦК твердого раствора (95%) в сплаве Ti20Zr20Hf20V20Nb20 было получено при повторном переплаве, а ОЦК, ГПУ твердые растворы и фаза Лавеса присутствовали в количестве не более 3%. Параметры кристаллической решетки основных фаз с ОЦК структурой для сплавов Ti25Zr25V25Nb25 и Ti20Zr20Hf20V20Nb20 имели соответственно следующие значения – 3.270 и 3.362 Å. Установлено, что наряду с соблюдением термодинамических условий при получении тугоплавких ВЭСов с однофазной структурой важен выбор термовременных условий плавки и кристаллизации для каждого конкретного состава сплава.
Ключевые слова
Об авторах
И. С. Сипатов
Институт металлургии Уральского отделения РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: ivan.sipatov@gmail.com
Россия, Екатеринбург
С. А. Петрова
Институт металлургии Уральского отделения РАН
Email: ivan.sipatov@gmail.com
Россия, Екатеринбург
Е. В. Игнатьева
Институт металлургии Уральского отделения РАН
Email: ivan.sipatov@gmail.com
Россия, Екатеринбург
А. А. Ремпель
Институт металлургии Уральского отделения РАН
Email: ivan.sipatov@gmail.com
Россия, Екатеринбург
Список литературы
- Wu Y.D., Cai Y.H., Wang T. et al. A refractory Hf25Nb25Ti25Zr25 high-entropy alloy with excellent structural stability and tensile properties // Materials Letters. 2014. 130. P. 277–280.
- Ryltsev R.E., Estemirova S.K., Gaviko V.S. et al. Structural evolution in TiZrHfNb high-entropy alloy // Materialia. 2022. 21. P. 101311.
- Uporov S.A., Ryltsev R.E., Sidorov V.A. et al. Pressure effects on electronic structure and electrical conductivity of TiZrHfNb high-entropy alloy // Intermetallics. 2022. 140. P. 107394.
- Shen H., Zhang J., Hu J., et al. A novel TiZrHfMoNb high-entropy alloy for solar thermal energy storage // Nanomaterials. 2019. 9. P. 1–9.
- Salishchev G.A., Tikhonovsky M.A., Shaysultanov D.G. et al. Effect of Mn and V on structure and mechanical properties of high-entropy alloys based on CoCrFeNi system // J. Alloys Compounds. 2014. 591. P. 11–21.
- Упоров С.А., Эстемирова С.Х., Стерхов Е.В. и др. Особенности кристаллизации, структуры и термической стабильности высокоэнтропийных сплавов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY // Расплавы. 2022. 5. С. 443–453.
- Gelchinski B.R., Balyakin I.A., Yuryev A.A. et al. High-entropy alloys: properties and prospects of application as protective coatings // Russian Chemical Reviews. 2022. 91. № 6. P. RCR5023.
- Shaysultanov D.G., Stepanov N.D., Salishev G.A. et al. Influence of thermal treatment on structure and hardness of high-entropy alloys CoCrFeNiMnVx (x = 0.25, 0.5, 0.75, 1) // The Physics of Metals and Metallography. 2017. 118. № 6. P. 579–590.
- Stepanov N., Shaysultanov D., Yurchenko N. et al. Microstructure refinement on the CoCrFeNiMn high entropy alloy under plastic straining // Materials Science Forum. 2017. 879. P. 1853–1858.
- Fazakas E., Zadorozhnyy V., Varga L.K. et al. Experimental and theoretical study of Ti20Zr20Hf20Nb20X20 (X = V or Cr) refractory high-entropy alloys // International J. Refractory Metals and Hard Materials. 2014. 47. P. 131–138.
- Senkov O.N., Woodward C.F. Microstructure and properties of a refractory NbCrMo0.5Ta0.5TiZr alloy // Materials Science Engeneering A. 2011. 529. P. 311–320.
- Senkov O.N., Senkova S.V., Woodward C. et al. Low-density, refractory multi- principal element alloys of the Cr–Nb–Ti–V–Zr system: microstructure and phase analysis // Acta Materials 2013. 61. P. 1545–1557.
- Gelchinski B.R., Balyakin I.A., Ilinykh N.I. et al. Analysis of the probability of synthesizing high-entropy alloys in the systems Ti–Zr–Hf–V–Nb, Gd–Ti–Zr–Nb–Al, and Zr–Hf–V–Nb–Ni, Physical Mesomechanics. 2021. 24. P. 701–706.
- Zhang Y., Zhou Y.J., Lin J.P. et al. Solid-solution phase formation rules for multicomponent alloys // Advanced Engineering Materials. 2008. 10. № 6. P. 534–538.
- Zhang Y., Lu Z.P., Ma S.G. et al. Guidelines in Predicting Phase Formation of High-Entropy Alloys // Communications. 2014. 4. №. 12. P. 57–62.
- Mityushova Y.A., Gibadullina A.F., Zhilina E.M. et al. hermodynamic extimation of the formation of a high-entropy Al–Nb–Ti–V–Zr // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 187–191.
- Pacheco V., Lindwall G., Karlsson D. et al. Thermal stability of the HfNbTiVZr high-entropy alloy // Inorganic Chemistry. 2019. 58. P. 811–820.
- Nygård M.M., Ek G., Karlsson D. et al. Hydrogen storage in high-entropy alloys with varying degree of local lattice strain // International J. Hydrogen Energy. 2019. 44. № 55. P. 29140–29149.
- Rogachev A.S. Structure, stability, and properties of high-entropy alloys // Physics of Metals and Metallography. 2020. 121. P. 733–764.
- Sleiman S., Huot J. Effect of particle size, pressure and temperature on the activation process of hydrogen absorption in TiVZrHfNb high entropy alloy // J. Alloys Compounds. 2021. 861. P. 158615.
- Montero J., Ek G., Sahlberg M. et al. Improving the hydrogen cycling properties by Mg addition in Ti–V–Zr–Nb refractory high entropy alloy // Scripta Materialia. 2021. 194. P. 113699.
- Hu Y.M., Liu X.D., Guo N.N. et al. Microstructure and mechanical properties of NbZrTi and NbHfZrTi alloys // Rare Metals. 2019. 38. P. 840–847.
- DIFFRAC. Eva V5. Bruker AXS GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D – 76187, Karlsruhe, Germany. 2019.
- DIFFRACPlus: TOPAS. Bruker AX. GmbH, Ostliche. Rheinbruckenstraße 50, D – 76187, Karlsruhe, Germany. 2008.
- Gates-Rector S., Blanton T. The powder diffraction file: a quality materials characterization database // Powder Diffration. 2019. 34. P. 352–360.
- Laugier J., Bochu B. LMGP-Suite of Programs for the interpretation of X-ray Experiments ENSP. Grenoble: Lab. Materiaux genie Physique.
- Фришберг И.В., Кватер Л.И. Обменные процессы при кристаллообразовании. Процессы реального кристаллообразования. М.: Наука, 1977. С. 191–211.
- Тимофеева В.А. Рост кристаллов из растворов-расплавов. М.: Наука, 1978.