Yüksek Entropy Alloys Nedir?

Yüksek performanslı alaşımlar (HEPA) metalurjide bir paradigma değişikliğini temsil eder. tek bir ana elemente güvenen geleneksel alaşımlardan farklı olarak (örneğin, çeliklerin entropisi, paslanmaz çelik bir tek katı-çözümünden oluşur), HES (FCC), vücut merkezli kokteyl (BCC) veya bir karışım (BCC) arasında, her biri için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

İlk yaygın olarak HEA, Cantor alaşımı (CoCrFeMnNi), 2004 yılında rapor edildi ve yapısal uygulamalar için olağanüstü kırık sertliği gösterdi. Tasarım alanı çok geniştir: 20 veya daha fazla aday elementleri, NbMoTaW) özel ortamlar için en yüksek sıcaklık kullanımı için mümkün olan milyonlarca potansiyel multinary kombinasyonlar da vardır.

HEAs'in aşırı ortamlar için umut verici olduğunu anlamak için, biri mikroyapılarını takdir etmelidir. Yüksek Mix entropi en iyi Gibbs ücretsiz enerji, sipariş edilen fazların oluşumuna baskı yapmak. Bu sonuçlar basit, kimyasal olarak düzgün bir lattice ile şiddetli yerel lattice ile - farklı boyutlardaki atomlar dislokasyon hareketini takdir etmeli, güçlendiricileri de azaltır.

Yüksek Entropy Alloys'in eşsiz Özellikleri

Üstün Güç ve Sertlik

Birçok HEAs mükemmel bir güç dengesi ve hız dengesine ulaşırken, genellikle geleneksel alaşımları bilgilendirir. Örneğin, 1600 °C'de 1 GPa'yi krigen sıcaklıklarında yüksek çözünürlükte tutmak için kritik bir şekilde çalışır.Rerakter HEAs like MoNbTaW can maintainivepower above 800 MPa at 1600°C -farklı süperalloyların ötesinde. Bu kombinasyon, havacılık ve nükleer bileşenler için kritiktir.

Dışsal Yüksek Çağ Direnişi

O, rerakter elementlerle (W, Mo, Nb, Ta, Hf, Zr) olağanüstü termal istikrar gösterir. 1000 °C'de sluggish diffüzyon ve yüksek erime noktaları (yaklaşık 2500 °C'nin üzerinde) ürpertici ve faz bozulmasına engel olur. Örneğin, AlMo0.5NbTa0.5TiZr HEA 800 °C'de ~1.2 ve 1000 °C'de 600 MPa'nin üzerinde.

Korozyon ve Oxidation Direnişi

Örneğin, yüksek ısıtıcı direnç gösteren Cr-2O3 veya Al2O3 ölçeklerinde, stabilite sağlayan ve kriket korozyonu etkili bir şekilde karşılamaktadır.

Radyasyon Hasarı

Nükleer reaktörlerde, malzemeler, yerinden edilme nedenlerinin bozulmasına neden olan yoğun nötron irradiasyonla karşı karşıyadır ve NiCoFeCrMn ve NiCoFeCr'daki çalışmalar geleneksel bir lattice devrici çelikler ile karşılaştırıldığında% 50 azalmaya işaret eder.Bu, ilk önce iyonik duvarlar için umut verici fizyumlar için adaylarını verir.

Şişmanlık ve Direnişi Giyin

Yüksek güç ve HEAs'ın yüksek gücü ve en yüksek dayanıklılıkları da yorgunluk hayatını geliştirir ve direniş giyer. CoCrFeMnNi, sert ortamlarda yorgunluk dayanıklılık limitini neredeyse% 80 gösterir. Kuru sürüklenmeli aşınma testleri, AlCoCrFeNiTi ve benzeri HEAs outperform geleneksel araç çelikleri ve Stellite alaşımları gösterir, onları kesmek için uygun hale getirir.

Extreme Citiess için Geliştirme

HighTemperature Applications in Aerospace and Power Generation

Daha verimli jet motorları ve gaz türbinleri için arayışı, HfNbTaZr gibi ön saflarda bulunan malzemelerdir ve CrMo0.5NbTa0.5TiZr, 2500 ° C'yi kaybetme noktalarıyla gelişmiştir.

Bir büyük zorluk, birçok REA'nın düşük ısınıcılığıdır.Bunu başarmak için, çift-faylı HES'yi bir araya getiren ve güçlü BCC aşamalarını birleştiren L12 sipariş veya BCrNi HEA, örneğin, yüksek verim gücü gösterir (~1.5 GPa) ve şu anda yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir başka yaklaşım.

Nükleer enerjide, sıcaklık talepleri eşit derecede baskılıdır. Daha sonraki nesil, çok yüksek Sıcaklık Reaktör (VHTR) 950°C'ye kadar çalışır ve FeNiMnCrAl gibi ve refrakter bazlı varyantlar, yüksek termal stabilite ve dirençleri için test edilir.

Nükleer ve Deniz Çevreleri için korozyon ve Radyasyon Direnişi

Nükleer enerji santralleri yoğun nötron ve kumar radyasyonu hayatta kalan malzemeler gerektirir, serinleyenler tarafından korozyon (örneğin, sıvı sodyum, molten tuzlar, süperktik su), ve yüksek sıcaklıklar. HEA development hedefleri bu aşırılık bölgeleri kimyasal olarak kompleks lattices gösterir.

Deniz ortamlarında, derin deniz örnekleme ekipmanları, denizaltı pervane milisleri ve deniz platformları klorür-indüklenmiş çukurlarla karşı karşıyadır ve çatlakları molybdenum ve kromyum ile zenginleştirirken, MoCoCrFeNi gibi, uzun vadeli sularda çok düşük korozyona maruz kalır.

Mekanik Performans Aşırı Basınç ve Dinamik Yükleniyor

Zırh kaplama, yüksek hızlı işleme ve gezegensel keşif araçları gibi uygulamalar, yüksek çözünürlükte güç koruyan malzemeler gerektirir (örneğin, balistik etkiler) veya krigen sıcaklıkları. CoCrFeMnNi HEA, çok sayıda deformasyon mekanizmasının aktivasyonu nedeniyle olağanüstü dinamik güç ve enerji absorsu sunar: dislokasyon, ikizlik ve dönüşüm - bazı HEAsla stres altında bir faz dönüşümüne geçilir - örneğin, Fe50Mn30Co10Cr10Cr10CrA yüksek bir çalışma sırasında yüksek bir çalışma oranını gösterir.

Uzayda veya süper iletken mıknatıslarda olduğu gibi, kayma yerelleşmenin bastırılması nedeniyle NbTiZrHf ve TiZrHfTa gibi malzemeler yüksek elongasyon ve sertliği koruyorlar.

Üretim Challenges and Processing

Endüstriyel ölçekte HEAs'ı azaltmak, katılaşma sırasındaki farklar ve eşitsizlikler nedeniyle önemli bir konudur.Rerakter elementlerin yüksek erime noktaları, üreticiler genellikle çok sayıda yeniden dengeleme adımları veya hızlı sağlamlaştırma teknikleri gibi yöntemler gerektirir.Ancak, mekanik alaşımlama sırasındaki kıvılcım plazmatering (SPS), iyi noktalarda ve dezenginliklerde farklar nedeniyle önemli bir konudur.Nisansüresel olarak, metalik kesme teknikleri gibi.

Kombinasyon üretimi (AM) hızla HEAs. Lazer toz yatak füzyon (LPBF) ve yönlendirilen enerji depozisyonu, karmaşık bileşenlerin şekillendirilmesine izin veriyor - LPBF tarafından basılmış bıçaklar, ısı değiştiricileri, nükleer reaktör parçaları - BCC nanoprecipitates ile birlikte, yüksek çözünürlükte 1.1 tane daha fazla ürün ve edilebilmektedir.

Başka bir meydan okuma:0)cost[Dönetici:0)[Dönetici], Feobium, hafnium, Tantalum. Araştırmacılar aktif olarak düşük maliyetli alternatifler keşfederler - örneğin, alüminyum veya demir ile kobalt yerine, ya da daha ucuz manganlar kullanarak maliyetleri azaltmak için pahalı elementler. Fe-Mn gibi son çalışmalar umut verici güç ve oxidasyona karşı umut verici bir şekilde azalır.

Uzun vadeli davranışlar, örneğin, süreklilik, yorgunluk ve çevre kirliliği gibi, hala anlaşılacaktır. Yüksek seviyeli deneyler ve hesaplama tarama (toplayıcı veritabanı ve yoğunluk fonksiyonel teori) kompozisyon-property ilişkilerinin keşfini hızlandırıyor.

Extreme Environments'teki uygulamalar

Havacılık ve Savunma

HEAss, yüksek erime noktaları ve oksidasyon direnci, ABD Hava Kuvvetleri ve NASA, hipersonik uçaklar için rerakter HEAss, hipersonik araç öncü kenarlar için araştırma yaptı. yüksek erime noktaları ve oksidasyon direnci onları termal koruma sistemleri için aday yapar. ABD Hava Kuvvetleri ve NASA yüksek kuvvetle bir araya getirdi (8-10 g / cm3), homojenere karşı yüksek dirençli direnç gösterdi.

Nükleer Enerji Nükleer Enerji

Çarpıcı reaktörlerde, HEAs yakıt için kabul edilir, reaktör baskı gemileri içilir ve çelik kılavuzları. radyasyon direnci ve yüksek sıcaklık ürperticileri, daha yüksek yakıt çevrimleri ile söz verebilir. For füzyon reaktörleri için, ilk duvar ve dalgıçlar, 20 MW/m2) ve plazma erozyona karşı. TKV gibi, WTaCrV gibi, daha düşük verim ve daha yüksek ısı iletkenliği ile söz verir.

Deep-Sea ve Marine Engineering

Açıklama araçları, sualtı kabloları ve petrol / gaz ekstraksiyonu derinliklerde çalışır >3000 m muazzam hidrostatik baskı ve yüksek koratif ortamlara karşı.GAs like CoCrFeNiMo with added Nitro has Zhong rates an order of scal090 alaşıms. their high resource equipment (1.2-1.5 GPa) Ayrıca, plastik çökertme baskı altında dirençleri de dirençli kompresyonları ve sertleştirici bileşenleri için faydalıdır.

Enerji Üretimi ve Depolama

Solid oksit yakıt hücreleri (SOFCs) 800-1000 °C'de stabil olan ve atmosferi azaltır.Mantrokrom ve alüminyum form koruyucu ölçekler içeren olarak, termal genişlemenin katsadığı gibi, konsantre güneş enerjisine (CSP) kıyasla, HEAss ısıtılır ve 800 °C'nin üzerinde faaliyet gösteren alıcılar için olarak kabul edilir.

Future Yol ve Araştırma

HEA alanı hızla gelişiyor. Birkaç önemli trend aşırı ortamlar için gelişmeyi sağlayacaktır:

  • [FONT:0)C ⁇ Tasarım: [DDDDNT hesaplarını, CALPHAD ve makine öğrenimi aşamaları diyagramları ve özelliklerini tahmin ediyor, deneysel deneme-ve-terörü azalttı.The Materials Genome Initiative has speed HEA keşif, with new alaşıms like NbTaV and CrMoNbV being detect as hope for high- temperature use.
  • [FONT:0) Hayırlı alaşımlar ve Orta-Entropy alaşımları: Equimolar kompozisyonlarının ötesine geçmek, özelliklerini optimize etmek için BCC'yi hızlandırır (MEAs, 3-4 element) CoCrNi gibi, olağanüstü sertliği ve yorgunluk direncini gösterir.
  • [FONT:0) Çok ölçekli Mikroyapı Mühendisliği: [Dönetici: [Dönetici:0) Metalikler ile Kombinasyon (örneğin, yüksek basınçlı torpiyon) ultra tanımlı tahıl boyutları ve metastable fazları oluşturabilir.
  • [FONT:0)Sustainability ve Scalability: Maliyetleri azaltmak ve geri dönüştürülmüş malzemeleri kullanmak, Al, Fe, Mn, Ti ve Si. gibi bol elementlere dayanan olarak, HEA tozlarının üretim ve standart işleme rotalarının geliştirilmesi endüstriyel kabul edilmesi hızlandıracaktır.
  • [FONT:0)In-Situ Karakterizasyon:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Bu veriler, evrim ve deformasyon mekanizmalarına göre daha doğru modellere geri beslemektedir.

Son derece ilerlemeye rağmen, zorluklar kalır: küçük laboratuvardan ton ölçekli üretime kadar ölçeklendirme, tekrarlanabilir özellikler sağlamak ve gerçekçi hizmet koşulları altında uzun vadeli performansı uygulamak. Endüstri işbirliği - alaşım geliştiricileri, makine üreticileri ve son kullanıcılar arasında - önemli olacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek performanslı alaşımlar aşırı ortamlar için malzeme tasarımı için dönüştürücü bir yaklaşım temsil eder. Çok-element kompozisyonları gelişmiş üretim tekniklerinin kilidini açar - yüksek enerjili basınç, korozyon direnci, radyasyon toleransı ve olağanüstü sertliği - bu, geleneksel alaşımlarda sistematik olarak uygulanabilir, laboratuvardan itibaren susamış, hafif ve düşük maliyetli HEAs, ve gelişmiş üretim tekniklerini kullanarak, bu malzemeler, havacılık motorlarında hizmete girmeye hazır hale gelir.

Daha fazla okuma için, yüksek performanslı alaşımlar üzerinde temel incelemeyi gör ([Dönetici:0)Wikipedia) , son derece ayrıntılı olarak aşağıdakiler ile bulunabilir: 16.Dönemli tasarım stratejileri) ve ileri nükleer malzemeler hakkında teknik belgeler.