Структура и свойства системы «покрытие ВЭС Кантора (Mn-Fe-Cr-Co-Ni) / подложка (сплав 5083)»:

Сергей Валерьевич Коновалов; Михаил Олегович Ефимов; Ирина Алексеевна Панченко; Юлия Андреевна Шлярова

doi:10.14258/izvasu(2023)1-05

Сергей Валерьевич Коновалов Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия) Email: konovalov@sibsiu.ru
Михаил Олегович Ефимов Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия) Email: moefimov@mail.ru
Ирина Алексеевна Панченко Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия) Email: i.r.i.ss@yandex.ru
Юлия Андреевна Шлярова Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия) Email: rubannikova96@mail.ru

https://doi.org/10.14258/izvasu(2023)1-05

Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, система «покрытие / подложка», сплав алюминия, элементный и фазовый состав, микротвердость, упрочнение

Аннотация

С использованием технологии холодного переноса металла (проволочно-дуговое аддитивное производство, совмещенное со сварочной наплавкой) на подложке из сплава 5083 сформировано покрытие высокоэнтропийным сплавом Mn-Fe-Cr-Co-Ni неэк-виатомного состава. Методами современного физического материаловедения выполнен анализ структуры, элементного состава, микротвердости системы «покрытие / подложка». Выявлено существенное увеличение (до 9,9 ГПа) микротвердости материала зоны контакта покрытия с подложкой. В зоне контакта покрытия и подложки выявлено образование включений пластинчатой формы (Al₁₃ F₄), обогащенных атомами покрытия. Высокоэнтропийное покрытие в зоне контакта имеет субмикрокристалли-ческую зеренно-субзеренную структуру с размером кристаллитов, изменяющихся в пределах от 0,5 мкм до 1,1 мкм, по границам которой выявлены наноразмерные частицы второй фазы (Al₃Ni). В объеме зерен присутствует дислокационная субструктура в виде хаотически распределенных дислокаций или дислокационных скоплений. Скалярная плотность дислокаций составляет (0,8-1,0)·10¹⁰ см^-2. Высказано предположение о физических механизмах повышения твердости материала в зоне контакта «покрытие-подложка».

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Сергей Валерьевич Коновалов, Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

доктор технических наук, профессор, проректор по научной и инновационной деятельности

Михаил Олегович Ефимов , Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

аспирант кафедры естественно-научных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

Ирина Алексеевна Панченко , Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

заведующая Лабораторией электронной микроскопии и обработки изображений

Юлия Андреевна Шлярова , Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк, Россия)

аспирант кафедры естественно-научных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля, научный сотрудник Лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

Литература

Gromov VE., Konovalov S.V, Ivanov Yu.F., Osintsev K.A. Structure and properties of high-entropy alloys. Springer. Advanced structured materials, 2021.

Ivanov Yu.F., Osintsev K.A., Gromov V.E., Konovalov S.V, Panchenko I.A. Deformation Behavior of a High-Entropy Al-Co-Cr-Fe-Ni Alloy Fabricated by Means of Wire-Arc Additive Manufacturing // Steel in Translation. 2021. Vol. 51. № 1. https://doi.org/10.3103/S0967091221010046.

Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Панченко И.А. Высокоэнтропийные сплавы: структура, механические свойства, механизмы деформации и применение // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 4. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258.

Zhang Y. High-Entropy Materials. A Brief George E.P., Curtin W.A., Tasan C.C. High entropy alloys: A focused review of mechanical properties and deformation mechanisms // Acta Materialia. 2020. Vol. 188. https://doi.org/10.1016/j. actamat.2019.12.015.

Alshataif Y.A., Sivasankaran S., Al-Mufadi F.A., Alabo-odi A.S., Ammar H.R. Manufacturing methods, microstructural and mechanical properties evolutions of high-entropy alloy: a review // Metals and Materials International. 2019. Vol. 26. https://doi.org/10.1007/s12540-019-00565-z.

Miracle D.B., Senkov O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts // Acta Materialia. 2017. Vol. 122. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081.

Zhang W., Liaw P.K., Zhang Y. Science and technology in high-entropy alloys // Science China Materials. 2018. Vol. 61. № 1. https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8.

Huang Y.S., Chen L., Lui H.W., Cai M.H., Yeh J.W. Microstructure, hardness, resistivity and thermal stability of sputtered oxide films of AlCoCrCu 0.5 NiFe high-entropy alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 457. https://doi. org/10.1016/j.msea.2006.12.001.

Tung C.C., Yeh J.W., Shun T.T., Chen S.K., Huang Y.S., Chen H.C. On the elemental effect of AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy system // Mater. Lett. 2007. Vol. 61. https://doi. org/10.1016/j.matlet.2006.03.140.

Zhou Y.J., Zhang Y., Kim T.N., Chen G.L. Microstructure characterizations and strengthening mechanism of multiprincipal component AlCoCrFeNiTi05 solid solution alloy with excellent mechanical properties // Mater. Lett. 2008. Vol. 62. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.01.011.

Chang H.W., Huang P.K., Yeh J.W., Davison A., Tsau C.H., Yang C.C. Influence of substrate bias, deposition temperature and post-deposition annealing on the structure and properties of multi-principal-component (AlCrMoSiTi) N coatings // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. https://doi. org/10.1016/j.surfcoat.2007.12.014.

Senkov O.N., Wilks G.B., Miracle D.B., Chuang C.P., Liaw P.K. Refractory high-entropy alloys // Intermetallics. 2010. Vol. 18. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.05.014.

Li C., Li J.C., Zhao M., Jiang Q. Effect of alloying elements on microstructure and properties of multiprincipal elements high-entropy alloys // J. Alloys Compd. 2009. Vol. 475. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.07.124.

Chuang M.H., Tsai M.H., Wang W.R., Lin S.J., Yeh J.W. Microstructure and wear behavior of Al Co, =CrFeNi, =Ti high-x 1.5 1.5 y entropy alloys // Acta Mater. 2011. Vol. 59. https://doi. org/10.1016/j.actamat.2011.06.041.

Qiu X.W. Microstructure and properties of AlCrFeNiCoCu high entropy alloy prepared by powder metallurgy // J. Alloys Compd. 2013. Vol. 555. https://doi. org/10.1016/j.jallcom.2012.12.071.

Tariq N.H., Naeem M., Hasan B.A., Akhter J.I., Siddique M. Effect of W and Zr on structural, thermal and magnetic properties of AlCoCrCuFeNi high entropy alloy // J. Alloys Compd. 2013. Vol. 556. https://doi.org/10.1016/j. jallcom.2012.12.095.

Singh S., Wanderka N., Murty B.S., Glatzel U., Ban-hart J. Decomposition in multi-component AlCoCrCuFeNi high-entropy alloy // Acta Mater. 2011. Vol. 59. https://doi. org/10.1016/j.actamat.2010.09.023.

Lai C.H., Tsai M.H., Lin S.J., Yeh J.W. Influence of substrate temperature on structure and mechanical, properties of multi-element (AlCrTaTiZr)N coatings // Surf. Coat. Technol. 2007. Vol. 201. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.01.001.

Huang P.K., Yeh J.W. Effects of substrate temperature and post-annealing on microstructure and properties of (AlCrNb-SiTiV)N coatings // Thin Solid Films. 2009. Vol. 518. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.06.020.

Tsai M.H., Lai C.H., Yeh J.W., Gan J.Y. Effects of nitrogen flow ratio on the structure and properties of reactively sputtered (AlMoNbSiTaTiVZr)Nx coatings // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. Vol. 41. DOI: 10.1088/0022-3727/41/23/235402.

Cheng K.H., Lai C.H., Lin S.J., Yeh J.W. Structural and mechanical properties of multi-element (AlCrMoTaTiZr) Nx coatings by reactive magnetron sputtering // Thin Solid Films. 2011. Vol. 519. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.11.034.

Lai C.H., Lin S.J., Yeh J.W., Chang S.Y. Preparation and characterization of AlCrTaTiZr multi-element nitride coatings // Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. https://doi.org/10.1016/j. surfcoat.2006.06.048.

Chang S.Y., Chen M.K., Chen D.S. Multiprincipal-element AlCrTaTiZrnitride nanocomposite film of extremely high thermal stability as diffusion barrier for Cu metallization // J. Electrochem. Soc. 2009. Vol. 156. D0I:10.1149/1.3097186.

Zhang T., Xin L., Wu F., Xiang Chen J., Jiang S., Huang Y., Chen S. Microstructure and mechanical of FexCoCrNiMn high-entropy alloys // Journal of Materials Science and Technology. 2019. Vol. 35. № 10. https://doi.org/10.1016/j. jmst.2019.05.050.

Gludovatz B.A., Hohenwarter A., Catoor D., Chang E.H., George E.P, Ritchie R.O. Fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications // Science. 2014. Vol. 345. № 6201. DOI: 10.1126/science.1254581.

Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel, 2016.

Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Microscopy. Characterization of Nanomaterials. New York, 2014.

Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin, 2016.