הבנה של אלווי: A New Frontier in Materials Science

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) מייצג שינוי פרדיגמטי במטולורגיה, מעבר ⁇ המסורתית להסתמך על אחד או שניים אלמנטים עיקריים. במקום זאת, HEAs משלב חמישה או יותר אלמנטים במידות ליד מבנה, בדרך כלל בין 5 ו 35 אטומים כל אחד.זה תצורה גבוהה ייצוב פתרונות מוצקה חד-פעמיים, לעתים קרובות עם מבנים פשוטים כמו מולק פנים-מרכז) או גוף סגסוגת קפדנית (בבית) במיוחד, בניגוד ל-מסוגים מתקדמים, כולל, לעומת זאת, הוא דורש שליטה קפדנית של תכונות חום.

עקרונות הסידור המהיר

מהיר, קינאת גז, הידוע גם כקירור מהיר או מוצקה אולטרה-רפואית, כרוך קירור חומר מטמפרטורה גבוהה בשיעורים מעל 10FLT:03FLT:1 K /s, ולעתים קרובות להגיע 10uaFLT:2603 s) צהובה טמפרטורה ראשונית, או גבוה יותר עם טכניקות כגון התכה או platsplatqueing.

מכניזם של סירוב מיקרו-מבנה

במהלך ערימה מהירה, את גבוה תחת בידוד מקדם חנקות פתאומי של גרגריה, וכתוצאה מכך בגודל גרגר עדין מאוד (לעתים קרובות בטווח תת-מיקרו-מיקרוני או ננומטר) קצב הצמיחה מוגבל על ידי מיצוי חום מהיר, המוביל לדגנים חומריים סגסוגת או עמודה, בהתאם לכיוון של זרימת חום.

טכניקות קישרות עבור מחקר

  • (ב) ⁇ :0 (הט) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (ה) טיפת היתוך קטנה מונעת על תת-קרקעית מצמררת, יצירת סופה עם שיעורי קירור דומים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ (ב) ⁇ (ב"ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0 (לאסר או אלקטרונים) נמסים: אנדרל 1 (A) 1 (A) A High Energy beam לסרוק את פני השטח של רובה HEA, תוך היתוך שכבה דקה שקווינים עצמיים באמצעות התנהגות לתוך המוצק הבסיסי.
  • (FLT:0Bulk מתכת עיבוד: FLT:1) כמה HEA יצירות עם יכולת גבוהה זכוכית יכול להיות מתומחר לחלוטין על ידי quenching מהיר, מניב סגסוגת amorphous עם תכונות ייחודיות.

השפעות של שאילתות מהירות על HEA Micro Structure and Properties

ההשפעה של quenching מהיר על HEAs משתרעת מעבר לזיקוק דגנים פשוטים.על ידי שליטה בקצב הקירור, החוקרים יכולים להתאים את הרכב שלב, סדר אטומי, ואת מבנה פגם כדי לעמוד בדרישות הנדסיות ספציפיות.

שלב הבחירה והייצוב

אחת התוצאות החשובות ביותר של quenching מהיר היא היכולת לייצב פתרונות מוצקים חד-פעמיים אשר אחרת ימחקו לתוך תערובת מרובותphase מורכבת.לדוגמה, מערכת AlCoCrFeNi מציגה תערובת של BCC ו- FCC בשלב איטי של פרמטרים איטיים, אבל ריצוף מהיר יכול לדכא את שלב BCC וליצור פתרון מוצק יחיד, אשר משפר את רמות ה-FCC באופן קבוע, אפילו לא רצויות, כלומר, כלומר, הוא יעיל, הוא משמש את הפרמטרים, אפילו מערכת מערכת מערכת מערכת טיפולית (מערכת כפולה, כלומר, או קשה יחסית, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא יעיל, הוא יעיל יותר, אם כי הוא יעיל יותר ויותר קשה יחסית, הוא יעיל, הוא יעיל, כלומר, מערכת DCC.

גודל גרלין והאולם-Petch מחזקים

מערכת היחסים של הול-פטריך צופה כי כוח הניב עלייה עם גודל דגנים מופחת.השקה מהירה מייצרת גדלים דגנים בטווח של 100 nm ל 1 μm ב HEAs, המוביל לחיזוק משמעותי.לדוגמה, במהירות מוצקה CoCFeMnNi ribbons הראו גדלים דגנים כמו קנס של 200 nm, וכתוצאה מכך תשואות מעל 1 GPa - כמעט משולש זה של סגסוגת סגסוגת קונבנציונאלית גם משפר את גודל סגסוגת סגסוגת סגסוגת הדבקה או סגסוגת קונבנציונאלית יותר.

פתרונות סולידריות וקידום

על ידי הקפאת יצירות לא-קלייבריום, השקיה מהירה יכולה ליצור פתרונות מוצקים על-חושיים שבהם הריכוז solute עולה על גבול שיווי משקל עודף משקל.על הזדקנות מאוחרת בטמפרטורות מתון, שלבים על-טבעיים אלה מתפרקים כדי ליצור צפיפות גבוהה של ננו-אזורי-החליפה-הוא-החליפה לאחר מכן נשלטת על-ידי ההזדקנות - נעשה שימוש בכימיה גבוהה יותר: 1-2 ליטרים, אך ורק ב- Avcreperi-A1, ללא סוללת BR.

הנדסה Defect: Vacancies, Dislocations ו- Twins

מתח מהיר מציג ריכוז גבוה של vacancies (עד 10FLT:0-4reaFLT:1 שבריר אטומי), אשר יכול להשפיע על דיפוזיה, שינויים שלב והתנהגות מכנית. vacancies אלה עשויים להיות מקבץ, טופס לולאות פירוק, או לשמש אתרי ניקוי עבור precipleates במהלך טיפול חום מאוחר יותר, לחץ תרמי שנוצר במהלך פיזור הדם, במיוחד קרינת פחמן או שיפור יעיל יותר.

יישומים של Quick-Quenched HEAs בהנדסה מתקדמת

המיקרו-בני-המיקרו הייחודיים ניתנים לזיהוי באמצעות תרגם מהיר של ביצועים משופרים ביישומים הנדסיים בעולם האמיתי.המגזרים הבאים הם חוקרים באופן פעיל את HEAs המהיר:

אוויר והגנת

קומפרסים כגון להבים טורבינות, ננומטרים טילים, ושריון דורשים חומרים המשלבים כוח גבוה עם קשיחות בטמפרטורות גבוהות. במהירות quenched HEAs עם דגנים בסדר גודל מבנים חד פעמיים יציבים יכול לפעול בטמפרטורות עד 800-1000 מעלות צלזיוס תוך התנגדות oxidation ו- סגסוגת חולפת.

רכב ומכונה כבדה

במנועי בעירה פנימית, שסתום, טבעות piston, ורכיבים מזרקים חווים ללבוש גבוה ורכיבי אופניים תרמיים.הוא מעובד על ידי השקיה מהירה, כגון AlCoCrFeNiTi, להראות עמידות לביש מעולה עקב פחמימות בסדר גבוה או בורידים מפוזרים במטריקס קשיח.גודל הדגנים מופחת גם משפר את החיים, בעוד ההתנגדות קורוזיה מונעת התקפה כימית מפני גזים חמים, יתר על ידי ירידה במשקל קשה.

אנרגיה גרעינית

כור גרעיני דורש חומרים שיכולים לעמוד בשדות קרינה אינטנסיביים, טמפרטורות גבוהות, וסביבות קרירות אגרסיביות (למשל, נתרן נוזלי או מים סופר קריטיים) הוא הראה סובלנות קרינה יוצאת דופן בשל הטרופיה התצורה גבוהה אשר מקדם את ההתפרצות הפגומה ודכאת נפיחות נפילה.הנקה מהירה משפרת את הנכס הזה על ידי הפקת צפיפות גבוהה של גבולות דגנים וריאציות עבור קרינה המושרה במהירות על ידי קרישה על ידי קרישה מוגברת של דגימות מחוספסת במהירות על ידי ניקודמת במהירות.

עיבוד כימי ופטרוכימי

ההתנגדות של קורוזיה של HEAs, במיוחד אלה המכילים אלמנטים כמו Cr, Ni, ו Mo, עושה אותם מועמדים עבור חילופי חום, צינורות, וכלי תגובה בסביבות כימיות אגרסיביות. quenching מהיר יכול לחדד את המיקרו כדי לחסל נתיבי קורוזיה מעדיפים, כגון התקפה בין-גרפית לאורך רשתות coarse carbide.בנוסף, פתרונות מוצק יכול להיות מתוכנן כדי להעביר אלמנטים נוספים.

ייצור תוספתי ו- Near-net-shape הפקה

התכה מהירה היא מרכזית בתהליכים רבים של ייצור תוספים (AM), כגון התכה לייזר סלקטיבית ואלקטרונית קרן התכה.ההה מקומית ועוצמה מהירה ב AM ליצור מיקרו מבנים אנלוגיים לאלה ב ribbun ribbons. על ידי אופטימיזציה של קלט חום ואסטרטגיה סריקה, יצרנים יכולים לייצר מרכיבים מרובים עם דגנים דקים ופסים, ישירות משילוב של תכונות ביומטרה, עם תכונות נמוכות.

אתגרים ומגבלות של שאילתות מהירות ב-HeA Development

למרות היתרונות הרבים שלה, quenching מהיר הוא לא panacea. אתגרים מרובים יש לטפל לתרגם הצלחות מעבדה לתוך תרגול תעשייתי.

תותבות קונסטריטים ו-Salability

מלטה ספינינג ו-Splat quenching מוגבלים לחלקים דקים (בדרך כלל <100 מיקרומטר), אשר מגביל שימוש ישיר ציפויים, סדקים, או אבקות. ⁇ של אבקות מוקצות במהירות לתוך מרכיבים גדולים (למשל, על ידי לחיצה מהירה או ניצוץ פלזמה) דורש לעתים קרובות עיבוד נוסף שיכול לשנות את ה-hequenched-in מבנים גבוהים אלה.

מתחים וסקרים

ה ⁇ התרמית הקיצוניות במהלך הריצוף המהיר לייצר מתחים גדולים, במיוחד ליד הקצוות או בצורות מורכבות.לחצים אלה יכולים לגרום סדק או דלמנטום, במיוחד בשלבים של ריבאונד או בגבולות דגנים.שליטה קפדנית של פרמטרים quench - כגון preheating את תת-התחרסט או באמצעות פרופילים קירור בוגר - נדרש כדי להפחית את הסדקים.

חוסר יכולת בשלב של טמפרטורות שירות

השלבים המטבוליים שנשמרו על ידי quenching מהיר נוטים להשתנות כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות במהלך השירות.לדוגמה, FCC HEA חד-פעמי FCC עשוי להיפטר לתוך intermetallics מתפתל לאחר חשיפה ממושכת ב 600-800 מעלות צלזיוס, degrading ductility. החוקרים חייבים או עיצובים כי הם יציבים בטמפרטורה השירות המיועד או להשתמש במהירות כדי ליצור תצורה ארוכת טווח מתוחה באמצעות עיצוב.

עלויות ושיקולים סביבתיים

רבים מכילים אלמנטים יקרים כגון Co, Nb, Ta, ו Hf. Rapid quenching מוסיף שלב עיבוד נוסף שעשוי להגדיל את העלות הכוללת, במיוחד אם נדרש ציוד מיוחד.צריכת האנרגיה של התכה עתירה גבוהה קירור מהיר מעלה גם חששות סביבתיים. בדיקות מחזור חיים של ייצור HEA עדיין נדירות, אבל הפוטנציאל לשימוש במזונות ממוחזרים וצמצום הפסולת באמצעות קיבולת ליד אפילה יכול להיות מזיזות אלה.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

תחום ההואס המהיר מתקדם במהירות, מונע על ידי תובנות בסיסיות וצרכים טכנולוגיים. כמה כיוונים מבטיחים מתעוררים:

High- Throughput Screening andשלב

טכניקות סינתזה משלביות, כגון מספריות דיפוזיה או ספריות דק-סרט, מאפשרות לחוקרים במהירות למקם מגוון רחב של יצירות HEA ולמסך את המיקרו-מבנה והנכסים שלהם. בשילוב עם סיווג גבוה באמצעות חישוב (למשל, סריקה אלקטרונים מיקרו-סקולקציה, X-ray diffraction, ננו-dentation), גישה זו מאיצה את הגילוי של שיטות למידה אופטימיות עבור מודלים ספציפיים של מכונות, ואפקטים של ניסויים.

ב-Situ Characterization במהלך שאילתות

טכניקות מבוססות סינכרן ניו יורק, כגון דיפרקציה מהירה של רנטגן ופיזור קטן, הם מוצבים כדי לפקח על האבולוציה בשלב בזמן אמת במהלך איחוד מהיר. ניסויים אלה מספקים ראיות ישירות של היווצרות שלב metastable ו קינטיקה טרנספורמציה, עוזר לאמת מודלים תיאורטיים. בדומה, ב- situ אלקטרונים באמצעות שלבים המבוססים על mMS מאפשר התבוננות של שלבים בשלבי המעבר ברזולוציה שנייה בתובנות כגון הדמיה מהירה של מנגנונים אלה.

מודלים בקנה מידה גדול של אפקטים של שאילתות

גישות Computational החל דינמיקות מולקולריות (MD) לסימולציות בשלב שדה ומאגרי נתונים תרמודינמיים משולבים כדי לחזות את התוצאה של ריצוף מהיר ב HEAS. MD יכול לדמות הגשמה בקנה מידה אטומי, לחשוף את שערי נינקיה וצמיחה בשלב מוקדם של דגנים.התוצאות האלה ניתן להשתמש כמו קלטות למודלים בשלב-שדה כי לכידת אבולוציה מיקרו-תרבותית על פני תחומים גדולים יותר, כך שתאפשר למהנדסים למהנדסים לפתח מודלים של תהליכים.

Bulk Metallic Glass Composites

חלק מהרכבות עם יכולת גבוהה של יצירת זכוכית יכול להיות מתומחר לחלוטין על ידי השקיה מהירה, ייצור משקפיים מתכתיים מסיבי (BMGs) עם מגבלות כוח יוצא דופן ומתח גמישים. על ידי הצגת השלבים משניים גבישיים (או על ידי מחיקה חלקית או על ידי הוספת חיזוקים), BMG מקר מורכב עם עוביים משופרים וקשוח יכול לפתח.

ייצור משופר של מבני מיקרו

ייצור אדרטיבי כרוך באופן מהיר quenching, אבל שיעור הקירור משתנה ברחבי הבניין בשל הבדלים בגאומטריה חלקית והיסטוריה תרמית.על ידי שליטה פרמטרים תהליכים באופן ספציפי באתר (למשל, על ידי שינוי כוח לייזר או מהירות סריקה), ניתן ליצור רכיבים עם ⁇ בגודל גרגר או שלב מאזור אחד למשנהו.

מסקנה

quenching מהיר הוכיח להיות כלי חיוני לפיתוח של ⁇ גבוהה entropy עם ביצועים משופרים עבור הנדסה מתקדמת. על ידי דיכוי שלבי איזון והקפאת מיקרו מבנים noquilibrium, זה מאפשר שליטה מדויקת על גודל דגנים, שלב הפצה, סגסוגת פגם, ו supersaturation - כל אלה לתרום יותר כוח מכני, תרמי, וcorrosion, בעוד אתגרים קבועים, להמשיך לדחוף את הצמיחה של תהליך זה עדיין יציב של פיתוח יציב של אנרגיה, להמשיך, להמשיך את הצמיחה גבוהה יותר, כמו גם על פני השטח ארוך טווח, להמשיך את הצמיחה של איכות גבוהה יותר, להמשיך לחץ ארוך טווח, להמשיך לחץ ארוך טווח, להמשיך לחץ ארוך טווח, להמשיך לדחוף את הלחץ.

(ב) ב[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ב[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[[[[[[[1924