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Scientific Reports volume 12、記事番号: 21486 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

CoCrFeNi は、十分に研究されている面心立方晶 (fcc) 高エントロピー合金 (HEA) であり、優れた延性を示しますが、強度は限られています。 本研究は、アーク溶解ルートを使用してさまざまな量の SiC を添加することにより、この HEA の強度と延性のバランスを改善することに焦点を当てています。 ベース HEA に存在するクロムは、溶融中に SiC の分解を引き起こすことがわかっています。 その結果、遊離炭素とクロムとの相互作用により炭化クロムがその場で形成されるが、遊離シリコンはベースHEAの溶液中に残り、および/またはベースHEAの構成要素と相互作用してシリサイドを形成する。 SiC量の増加に伴う微細構造相の変化は、fcc→fcc+共晶→fcc+炭化クロム小板→fcc+炭化クロム小板+ケイ化物→fcc+炭化クロム小板+ケイ化物+グラファイト小球/薄片の順序に従うことが判明した。 従来の合金と高エントロピー合金の両方と比較して、得られた複合材料は非常に広範囲の機械的特性 (60% 以上の伸びでの 277 MPa から 6% の伸びでの 2522 MPa までの降伏強度) を示すことがわかりました。 開発された高エントロピー複合材料の一部は、優れた機械的特性の組み合わせ（降伏強度 1200 MPa、伸び 37%）を示し、降伏強度と伸びのマップにおいて以前は達成できなかった領域を占めました。 顕著な伸びに加えて、HEA 複合材料の硬度と降伏強度はバルク金属ガラスの硬度と同じ範囲にあることがわかりました。 したがって、高エントロピー複合材料の開発は、高度な構造用途のための優れた機械的特性の組み合わせを得るのに役立つと考えられています。

高エントロピー合金設計は、冶金分野における有望な新しい概念です 1,2。 ハイエントロピー合金（HEA）は、場合によっては、高い熱安定性 3,4、超塑性伸び 5,6、耐疲労性 7,8、耐食性 9,10,11、優れた摩耗性 12 などの物理的および機械的特性の優れた組み合わせを示すことが示されています。 13、14、15、トライボロジー特性15、16、17、高温18、19、20、21、22および極低温でも優れた機械的性能23、24、25を備えています。 HEA における機械的特性の優れた組み合わせは、一般に、高い配置エントロピー 26、深刻な格子歪み 27、遅い拡散 28、およびカクテル効果 29 という 4 つの核となる効果の存在に起因すると考えられます。 HEA は一般に、FCC、BCC、および HCP タイプとして特徴付けられます。 FCC HEA は通常、Co、Cr、Fe、Ni、Mn などの遷移元素を含み、(極低温条件でも) 優れた延性を示しますが、強度は低いです。 BCC HEA は一般に、W、Mo、Nb、Ta、Ti、V などの高密度元素で構成されており、非常に高い強度を示しますが、延性と比強度が低くなります 30。

機械的特性のより良い組み合わせを得るために、機械的処理、熱機械的処理、および元素添加に基づく HEA の微細構造の変更が研究されてきました。 高圧ねじりによる CoCrFeMnNi FCC HEA の激しい塑性変形により、硬度 (520 HV) と強度 (1950 MPa) の両方が大幅に増加することが判明しましたが、ナノ結晶微細構造 (~ 50 nm) の発達により、合金はもろい31． CoCrFeMnNi HEA に双晶誘起可塑性 (TWIP) と変態誘起可塑性 (TRIP) を導入すると、真の極限引張強さの値が低くなるにもかかわらず、良好なひずみ硬化能力が付与され、大きな引張延性が得られることがわかりました。 （1124MPa）32． ショットピーニングを使用して CoCrFeMnNi HEA に階層的な微細構造（薄い変形層と未変形のコアで構成される）を開発すると強度が向上しましたが、その向上は約 700 MPa にとどまりました 33。 非等原子元素添加を使用した多相高エントロピー合金および共晶高エントロピー合金の開発も、強度と延性のより優れた組み合わせを備えた材料の探求において研究されてきました34,35,36,37,38,39,40,41。 。 共晶高エントロピー合金における硬質相と軟質相の微細な分布により、強度と延性の比較的良好な組み合わせが得られることが実際に判明した 35,38,42,43。