Высокоэнтропийные сплавы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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].

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.

Объяснение [2] 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[3][4][5][6], среди исследованных сплавов есть материалы, которые по твердости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости [7] и термостабильности уже могут конкурировать с лучшими традиционными сплавами специального назначения.

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. 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.
  3. М.В. Карпець, 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.
  4. М.В. Карпець, 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.
  5. Карпец М.В., 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.
  6. 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.
  7. М.В. Карпець, 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.