DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09458-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40866698
تاريخ النشر: 2025-08-27
المؤلف: Tiwen Lu وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات سبائك عالية الانتروبيا
طرق
في هذه الدراسة، تم تصنيع سبائك CoNiV و CoNiV-AlTi باستخدام فرن تحريض فراغي مع مكونات معدنية عالية النقاء (نقاء > 99.8 وزني%) تحت جو من الأرجون. خضعت القضبان الناتجة للتجانس عند 1,100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، تلاها دحرجة باردة لتحقيق تقليل بنسبة 80% في السمك. لضمان أحجام حبوب متقاربة، تم إجراء معالجة الصلبة للسبائك CoNiV-AlTi و CoNiV عند 1,100 درجة مئوية لمدة 2 و 2.5 دقيقة، على التوالي، مع التبريد بالماء بعد ذلك. تم اختيار هذه الحرارة العالية للتسخين لتسهيل تشكيل محلول صلب غير منظم تقريبًا في كلا السبائك.
تم إجراء معالجة الشيخوخة لعينات CoNiV-AlTi و CoNiV عند 750 درجة مئوية لمدة ساعة، تلاها تبريد بالهواء، لتحفيز هيكل منظم. تم تحديد التركيب الكيميائي للسبائك بدقة باستخدام مطيافية الكتلة مع بلازما مقترنة بالحث، مما أسفر عن Co 32.5 Ni 33.4 V 34.1 (at%) لسبائك CoNiV و Co 31.6 Ni 31.9 V 32.3 Al 2.1 Ti 2.1 (at%) لسبائك CoNiV-AlTi. تعتبر هذه الطرق الدقيقة في التحضير حاسمة لتحقيق الخصائص الدقيقة والخصائص المطلوبة للسبائك.
مناقشة
في قسم المناقشة من ورقة البحث، تم تفصيل المنهجيات المختلفة المستخدمة لتوصيف البنية المجهرية والميكانيكية لسبائك CoNiV-AlTi. تم استخدام حيود الإلكترونات المرتدة وميكروسكوب الإلكترون الناقل المصحح للانحراف (TEM) لتحليل كثافة الانزياح والانفعال الذري، مع التحقق من النتائج من خلال صور متعددة بدقة ذرية. كما استخدمت الدراسة تصوير المجس الذري (APT) للتحقيق في التركيب والهيكل للطورين المنظمين على المدى القصير (SRO) والمنظمين على المدى الطويل (LRO)، مع اهتمام خاص بتحضير وتحليل عينات APT.
شملت الاختبارات الميكانيكية اختبارات الشد أحادية المحور شبه الثابتة عبر مجموعة من درجات الحرارة (من 87 كلفن إلى 293 كلفن) وتقييمات متانة الكسر وفقًا لمعايير ASTM. تم إجراء حيود النيوترونات لتقييم كسور الطور ومعلمات الشبكة، باستخدام طريقة ريتفيلد للتحليل الكمي. بالإضافة إلى ذلك، قدمت الحسابات الديناميكية الحرارية باستخدام برنامج Thermo-Calc رؤى حول كسور الطور في حالة التوازن وحرارة الخلط، مما ساهم في فهم استقرار الطور في السبائك ذات الانتروبيا العالية المدروسة. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين الميزات المجهرية والخصائص الميكانيكية في هذه المواد المتقدمة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09458-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40866698
Publication Date: 2025-08-27
Author(s): Tiwen Lu et al.
Primary Topic: High Entropy Alloys Studies
Methods
In this study, CoNiV and CoNiV-AlTi alloys were synthesized using a vacuum induction furnace with high-purity metallic ingredients (purity > 99.8 wt%) under an argon atmosphere. The resulting ingots underwent homogenization at 1,100 °C for 24 hours, followed by cold rolling to achieve an 80% reduction in thickness. To ensure comparable grain sizes, the solid-solution treatment for the CoNiV-AlTi and CoNiV alloys was conducted at 1,100 °C for 2 and 2.5 minutes, respectively, with subsequent water quenching. This high annealing temperature was chosen to facilitate the formation of a nearly disordered solid solution in both alloys.
The ageing treatment for the CoNiV-AlTi and CoNiV samples was performed at 750 °C for 1 hour, followed by air cooling, to induce an ordered structure. The chemical compositions of the alloys were precisely determined using inductively coupled plasma mass spectrometry, yielding Co 32.5 Ni 33.4 V 34.1 (at%) for CoNiV and Co 31.6 Ni 31.9 V 32.3 Al 2.1 Ti 2.1 (at%) for CoNiV-AlTi. These meticulous preparation methods are critical for achieving the desired microstructural characteristics and properties of the alloys.
Discussion
In the discussion section of the research paper, various methodologies employed for the microstructural and mechanical characterization of CoNiV-AlTi alloys are detailed. Electron backscatter diffraction and aberration-corrected transmission electron microscopy (TEM) were utilized to analyze dislocation density and atomic strain, with results validated through multiple atomic-resolution images. The study also employed atom probe tomography (APT) to investigate the composition and structure of short-range ordered (SRO) and long-range ordered (LRO) phases, with specific attention to the preparation and analysis of APT specimens.
Mechanical testing included quasi-static uniaxial tensile tests across a range of temperatures (from 87 K to 293 K) and fracture toughness assessments following ASTM standards. Neutron diffraction was conducted to evaluate phase fractions and lattice parameters, employing the Rietveld method for quantitative analysis. Additionally, thermodynamic calculations using Thermo-Calc software provided insights into equilibrium phase fractions and enthalpy of mixing, contributing to the understanding of phase stability in the studied high-entropy alloys. Overall, the findings underscore the complex interplay between microstructural features and mechanical properties in these advanced materials.