מה הם אלופים גבוהים?

סגסוגת גבוהה-entropy (HEAs) מייצגת שינוי פרדיגמטי במטולורגיה.בניגוד ⁇ קונבנציונלית הנשען על אלמנט ראשי יחיד (למשל, ברזל בפלדות, ניקל בסופראלוזיות), HEAs מורכב מ-FLT:05 או יותר אלמנטים מרכזיים ביחסי ליקויים קרובים, בדרך כלל בין 5 ל- 35 אחוזים אטומיים, כל אחד מהם הוא תצורה של ייצוב גבוה (השלבים) או יותר מקודמת (מקוקטיילור (מקוקטיילור) או יותר מ-מקוקטיילור (מטווח 4 ייצוב של ייצוב של ייצוב של ייצוב של תצורה בין-BCC) – 4 ייצוב (מחץ) - 4 ייצוב אפקט ייצוב (מפלקסוליקולוני) -2, 4 ייצוב אפקט ייצוב: ייצוב: ייצוב של ייצוב של ייצוב (מטווח גבוה (מחץ) - 4 ייצוב (אפקט חד-מטווח גבוה) - 4 ייצוב אפקט סגסוגת בין-מטווח גבוה יותר) - 4 ייצוב של ייצוב (מטווח מרכזי) - 4 ייצוב (מתאים ל-מתאים מוצקים-מטווח גבוה יותר) - 4 ייצוב (מפרק

הראשון שנחקר נרחב הוא, סגסוגת Cantor (CoCrFeMnNi), דווח בשנת 2004 והראה קשיחות רבה שבר יוצאת דופן בטמפרטורות Cryogenic. מאז, אלפי יצירות נחקרו, כולל Refractory HEAs (למשל, NbMoTaW) לשימוש אולטרה-טמפרטורה גבוהה, ו-HeAs (למשל, AlCFerMn) עבור יישומים מבניים יותר, כלומר, עבור 20 רכיבים ספציפיים של טונה, יש יותר, עם תכונות מרובות של מוצרי טונה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עבור צורות עיצוב, עבור 20 תכונות מרובות של 10.

כדי להבין מדוע הוא מבטיח לסביבות קיצוניות, יש להעריך את המיקרו-מבנה שלהם.השילוב הגבוה מצמצם את האנרגיה החופשית של גיבס, דיכוי היווצרות של שלבים מסודרים.זה תוצאות בלחיצת אחיד פשוטה, כימית עם זנים חמורים של ציפוי מקומי - אטומים של גדלים שונים מעוות את גביש - אשר מעכבת את התנועה של פירוק, להגביר את העוצמה.

תכונות ייחודיות של High-Entropy Alloys

כוח עליון ואומץ

רבים הוא להשיג איזון מצוין של כוח ודוכסיות, לעתים קרובות outperforming ⁇ קונבנציונלי. סגסוגת Cantor, למשל, מציג חוזקות Tenile מעל 1 GPa בטמפרטורות Cryogenic תוך שמירה על דיוק גבוה בשל deformation-Monot עטור. Reformation-Refractory heכמו MoNbTaW יכול לשמור כוח דחוס מעל 800 MPa ב ° Cfar - מעבר שילובים זה הוא קריטי עבור רכיבים גרעיניים.

התנגדות גבוהה- טמפרהורה

הוא תוכנן עם אלמנטים ריבאונדים (W, Mo, Nb, Ta, Hf, Zr) להפגין יציבות תרמית יוצאת דופן. pluggish diffusion ונקודות התכה גבוהות (לעתים מעל 2500 מעלות צלזיוס) למנוע צץ ושפל בשלב.לדוגמה, אלמו0.5NbTaxtxtxheA מראה כוח של - 1.2 ב 800 מעלות צלזיוס, ומעל 600a MPa ב 1000 מעלות צלזיוס, הם נחשבים לסגסוגת גרעינית.

קורוזיה ו-Oxidation Resistance

ההרכב הרב-היסודי של HEAs לעתים קרובות יוצר שכבת תחמוצת עוברית יותר מאשר בסגסוגת בינארית. CoCrFeNiHeA, למשל, מציג התנגדות קורוזיון מעולה ב חומצות ulfuric ו הידרוכלוניות מרוכזות בהשוואה ל- 304 נירוסטה. בסביבות ימיות, AlCoCrfe NiTiheAs מתנגד לפיזור ו-corross ביעילות C2cup-Or.

קרינה פוגעת בסובלנות

בכורים גרעיניים, חומרים עומדים בפני קרינת נויטרונים אינטנסיבית שגורמת לקערות מעקירה, נפיחות והריסות.הוא מראה FLT:0 קרינת קרינה רבת ערך לסובלנות של קרינה מקרינה 1 בשל עיוותי הנקה הטמונים והמורכבות הכימית שלהם.הנקודה של פגמים recombine יעילה יותר, והיווצרות של פגמים גדולים מדכאת מחקרים על NiCoCFerfer ו- Nicarcrecremecre, לעומת 50%, לעומת פיזור ראשוני מבטיח של פלדה.

עייפות ולבוש התנגדות

הכוח הגבוה והדוכסיות של HEAs גם משפרים את חיי העייפות ומוליכים התנגדות. CoCrFeMnNi מראה גבול סיבולת עייפות כמעט 80% מכוח השפע האולטימטיבי שלה.בבדיקות לבישת יבשות, AlCoCrFeNiTi ודומה HEAs Outperform המסורתית פלדה כלי סגסוגת Stellite, מה שהופך אותם מתאימים לחיתוך כלים, ערכות, ערכות, וכריית ציוד בסביבות קשות.

פיתוח לסביבה קיצונית

יישומים מתקדמים ב- Aerospace and Power Generation

החיפוש אחר מנועי סילון יעילים יותר טורבינות גז דורש חומרים שיכולים לעמוד בטמפרטורות מעל 1200 מעלות צלזיוס תוך שמירה על כוח והתנגדות חמצון. Refractory High-entropy ⁇ s (RHEAs) נמצאים בחזית. Alloys כגון HfNbTaTaxTiZr, WTaMoNb, ו Cr0.5Nb0.5TZr פותחו נקודות מ-500 מעלות צלזיוס, לדוגמה, כדי להתאים את התכונות הכבדות של , ו- BOC.

אתגר גדול אחד הוא המהירויות הנמוכות של רבים RHEAs. להתגבר על זה, כפול-phase HEAs המשלב דוקטריה FCC ושלבי BCC חזקים מונדסים.אל0.3CoCrFeNiNiNiHA, למשל, מראה את כוח ניקל גבוה (-1.5 H) ב 400 מעלות צלזיוס וגישה משמעותית נוספת היא לשלב ביצועים גבוהים, ננו-אונדקומים (מאוחרים) בשלב זה ואילך).

באנרגיה גרעינית, דרישות הטמפרטורה הן דחופות באותה המידה. כורים של הדור הבא כגון התגובה טמפרטורה גבוהה מאוד (VHTR) לפעול עד 950 מעלות צלזיוס.הוא כמו FeNiMnCrAl וגרסאות מבוססות fractory נבדקים עבור חומרים מחוסנים ומבנים הליבה שלהם.

קורוזיה והתנגדות לקרינה לסביבה גרעינית ונחתית

תחנות כוח גרעיניות דורשות חומרים ששורדים קרינת נויטרונים וגמא, קורוזיה על ידי קירור (למשל, נתרן נוזלי, מלחים מלוטנים, מים סופר קריטיים), וטמפרטורות גבוהות.ההההההה מטרות התפתחות אלה. AlCoCrFeNi ⁇ s להראות עמידות קורוזיה מעולה בעופרת- Ecticutectic (L) - מועמד לקריירה עבור סגסוגת כימיקלים גדולים יותר, כי הם אזורים מורכבים.

בסביבה ימית, ציוד דגימה עמוק הים, פירים מדחף צוללות, ופלטפורמות offshore להתמודד עם כלורד המושרה פיזור מתח corrosion סדקing.הוא מועשר עם molybdenum ו chromium, כגון MoCoCrFeNi, להציג צפיפות נמוכה מאוד קורוזיה הנוכחית במים ים.

ביצועים מכניים תחת לחץ קיצוני ועומס דינמי

יישומים כגון שריון בשפע, במהירות גבוהה מבוך, וכלים חקר כוכבי הלכת דורשים חומרים ששומרים על כוח תחת עיוות גבוה של אימוני-השליטה (למשל, השפעה בליסטית) או טמפרטורות Cryogenic. CoCrFeMnNi NiHHA מציג כוח דינמי יוצא דופן וקליטת אנרגיה עקב הפעלת מנגנוני עיוות מרובים: פירוק, להחליק, תאום, וטרנספורמציה מוגברת (FIP) אפילו מדגימה גבוהה.

סביבות Cryogenic, כגון אלה בחלל או מגנטים סופר-מוליכים, חומרי הביקוש שאינם הופכים לערפדים.הוא כמו NbTiZrHf ו TiZrHfTa תוכנן עבור יישומים דלת-הטמפרטורה.הם שומרים על אור ארוך וקשידות גבוהה ב 77 K (-196 מעלות צלזיוס) בשל דיכוי של המקומיזציה.

ייצור אתגרים ותהליכים

הפחתת HEAs בקנה מידה תעשייתי נשאר לא-trivial.הנקודות הנמסות גבוהות של אלמנטים ריבונית דורשות שיטות כמו rc התכה (VAM) או ניכוי התכה באטמוספירה אינרטית.עם זאת, הפרדה במהלך הגשמה היא בעיה עיקרית בשל הבדלים בטמפרטורות נמסות ומדנכות פלסמה מלאה.

ייצור אדקטיבית (AM) מתפתח במהירות כשיטת קיימא עבור HEAs. לייזר אבקת היתוך המיטה (LPBF) והגדרת אנרגיה מכוונת לאפשר עיצוב של רכיבים מורכבים - להבים סוערים, מחליפי חום, חלקי כור גרעיני - בעוד שליטה במבנה גרגר. AM-fabricated עם לעתים קרובות להציג דגנים מעודן ואפילו שלבים metatable עקב מחזורי חום מהירים.

אתגר נוסף הוא (FLT:0) קוסטלום ( 1:1 מרכיבים רבים של HEA משלבים אלמנטים יקרים כגון cobalt, niobium, Hafnium, ו-Tantalum. חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים באופן פעיל לחקור חלופות בעלות נמוכה - לדוגמה, החלפת קובלט עם אלומיניום או ברזל, או באמצעות מנגן זול יותר כדי להפחית את העלות תוך שמירה על עלויות אחרונות על בסיס Fe-H, כמו Fe-ANR.

התנהגות ארוכת טווח, כגון צ'רץ, עייפות והשפלה סביבתית בתנאי שירות, עדיין מובנת.ניסויי חישוב גבוהים והקרנה חישובית (באמצעות מסדי נתונים CALPHAD ותאוריית פונקציונליות צפיפות) מאיצים את גילוי מערכות יחסים פרוספקטיביות של הרכב.העיצוב של סביבות קיצוניות יסתמך יותר ויותר על מודלים למידה של מכונות המנבאות יציבות בשלב ותגובה מכנית.

יישומים בסביבה קיצונית

אוויר והגנת

הוא מוערך עבור מגוון של רכיבים אווירוקל: הראשון שלב טורבינות וניל, קובוס, נביחות מנוע טילים, ופרימוסי רכב מובילים קצה. נקודות ההמס גבוה שלהם והתנגדות חמצון להפוך אותם מועמדים עבור מערכות הגנה תרמיים (R) חיל האוויר של ארה"ב ונאס"א ממונו על ניתוח Retory עבור מטוסים היפרוזיים הגנה, הוא נחקר עבור צפיפות גבוהה (R-Hgn-Hgic) ו-Hgnb-Hgngr-Hgn) נוגדנים גבוה יותר (R) נוגדנים (R) נוגדנים גבוהה נגד פלדה (R) נוגדנים גבוהה נגד פלדה (Hgngngngngngn) ו-Hgnb-Hgnb) ו-Hggan) נוגדנים) ו-Hgnb-Hgnb) נוגדנים פלדה (R) נוגדנים פלדה גבוהה נגד פלדה (R) נוגדנים) נוגדנים) נוגדנים) ונאס"משלבומטרדגניבהב-Hggan פלדה גבוהה נגד נוגדנים לייזר גבוה (Hganganganganganganganganganganganggan) נוגדנים) נוגדנים פלדה גבוהה נגד פלדה גבוהה (Hggan

אנרגיה גרעינית

בכורות פשפש, HEAs נחשבים לחיפוי דלק, כלי לחץ כור פנימי, ומדריכי מוט בקרה.התנגדות הקרינה שלהם וכוח מצמרר מדגמר בטמפרטורה גבוהה יכול לאפשר מחזורי דלק גבוהים יותר ויותר. עבור כורים היתוך, הקיר הראשון והטוט חייב לעמוד בשטף חום קיצוני (עד 20MW/m2) ופלסמה Tungten-Hen מבוסס, כגון כור גרעיני המכילה גבוה יותר.

עמוק עמוק עמוק-Sea והנדסת הנחתים

כלי רכב, כבלים תת-ימיים, וציוד הפקת נפט / גז הפועלים בעומקים > 3,000 מ"מ ניצבים בפני לחץ הידרוטי עצום וסביבות קורוזיות גבוהות מאוד.הוא כמו CoCrFeNiMo עם חנקן נוסף יש שיעורי קורוזיה מסדר גודל נמוך יותר מאשר ⁇ טיטניום.

אנרגיה ומחסן

תאי דלק חד תחמוצת (SOFCs) דורשים חומרים הקשורים יציבים ב 800-1000 מעלות C בשני חמצון וצמצום האטמוספירה.HeAs המכיל כרום ואלומיניום טופסי הגנה, בעוד המקדם שלהם של התרחבות תרמית יכול להיות מתאים לניקיון אלקטרוליטה הקרמי (CSP), הוא נחשב עבור כלי שיט חימום ו צינורות כי להפעיל מעל 1000 מעלות צלזיוס מוקדם מראה ניטרית.

כיוונים עתידיים ומחקר

שדה HEA מתפתח במהירות.כמה מגמות מפתח ידחפו את הפיתוח לסביבות קיצוניות:

  • (FLT:0Computational Design: FLT:1) חישובים גבוהים של CALPHAD, ו- Machine Learning לחזות דיאגרמות ונכסים שלב, צמצום הניסוי הניסוי הניסויים וטרור.החומרים Genome Initiative להאיץ את גילוי HEA, עם ⁇ חדשות כמו NbTTV ו- CrMoNbV להיות מזוהה כהבטחה לשימוש עתיר.
  • (FLT:0) Non-Equiatomic ו- Medium-Entropy Alloys:Figt1 Moving Beyond Equimolarקומפוזיציהs מאפשר אופטימיזציה של תכונות. Medium-entropy ⁇ s (MEAs, 3-4 אלמנטים) כגון CoCrNi להראות קשיחות יוצאת דופן ועייפות יחס יכול לקדם שלבים הרצויים - למשל, הגדלת התוכן Alייצוב עבור כוח FCC, בעוד ייצוב עבור ייצוב עבור ייצוב.
  • (FLT:0) Multiscale Micro Structure Engineering:FreaLT:1 [שלב את HEAs עם קרמיקה (למשל, HEA-oxide נקומביטים) או יצירת מבנים מלוטשים יכול לשפר עוד כוח, קשיחות ויציבות תרמית. ייצור אדקטי ועיוות פלסטיק חמור (למשל, מומנטום בלחץ גבוה) לייצר בשלבי דגנים וגלקסיות.
  • (FLT:0) קיימות ו- Scalability:FreaLT:1) מאמצים להפחית את העלות ולהשתמש בחומרים ממוחזרים הם בדרך. חוקרים חוקרים את HEAs בהתבסס על אלמנטים רבים כמו אל, Fe, Mn, Ti, ו- Si.הפיתוח של אבקת HEA לייצור תוספים ותהליכי עיבוד סטנדרטיים יזרז אימוץ תעשייתי.
  • (FLT:0) ב-Situ Characterization: FLT:1 Synchrotron X-ray ו-Nutron diffraction מחקרים בתנאים חיים (גבוהים T, אי-הדמיון) מספקים תובנות לאבולוציה של שלב ומנגנוני עיוות.

למרות ההתקדמות העצומה, האתגרים נשארים: קנה מידה של מטענים מעבדה קטנים לייצור בקנה מידה , הבטחת נכסים חוזרים, ואימות ביצועים לטווח ארוך בתנאים ריאליים של שירות - כגון בין מפתחי ⁇ , מבנות מכונה, ומשתמשי קצה - יהיה חיוני.

מסקנה

⁇ גבוהה-entropy מייצגת גישה טרנספורמטיבית לחומרים עיצוב לסביבות קיצוניות.הרכבים הרב-היסודיים שלהם פותחים תכונות סינרגיסטיות - כוח גבוה בטמפרטורה גבוהה, עמידות קורוזיה, סובלנות ונוקשות יוצאת דופן - כמו שאינם ניתנים להשגה בסגסוגת קונבנציונלית.באמצעות התפתחות שיטתית של חומרים מבוססי-אווירה, קלים ונמוכים, תוך שימוש בטכניקות מתקדמות, אלה, הן כנראה, הן יכולות להיכנס לחומרים מסחריים, אל מחוץ למכוניות גרעיניות, אל מחוץ לטווח הארוך, ומהירות, כדי חומרים מתקדמים, ומהירות, חומרים מתקדמים, אשר יהיו בטווח הארוך ביותר, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו בטווח של חומרים מתקדמים, אשר יהיו בטווח של חומרים מתקדמים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, חומרים מתקדמים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, חומרים מתקדמים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, חומרים מתקדמים,

(בקריאה נוספת, ראה את הביקורת הבסיסית על ⁇ גבוהה (FLT:0WikipediaFLT:1), מאמר חדש FLT:2 טבע על אסטרטגיות עיצוב HEA FLT 3:0WikipediaFLT: 4U) , ודיווחים ממחלקת האנרגיה של LT:5 על יישומים אנרגיה נוספים על פני אנרגיה ניתן למצוא באמצעות מסמכים מתקדמים (RValphi) 7.