研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
Ignsacio阿瑞亚奥雷利亚纳克劳迪奥Aguilar拉米雷斯*
冶金与材料工程、大学Tecnica费德里科•圣玛丽亚,瓦尔帕莱索,智利
收到:20 - 2022年5月,手稿。joms - 22 - 64350;编辑分配:23日- 2022年5月——PreQC没有。joms - 22 - 64350 (PQ);综述:06 - jun - 2022,质量控制。JOMS 22 - 64350;修改后:截止2022年6月13,手稿不。JOMS 22 - 64350 (R);发表:20 - 2022年6月- 2321 - 6212.10.6.002 DOI: 10.4172 /。
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机械合金化是一个路线,防止常见的树突结构隔离,避免了问题与晶粒生长在电弧熔化,除了允许元素的合金具有高熔点在室温和有限的溶解度。在这项研究中,两个耐火高熵合金的阶段进化了WTaMoNbCr WTaMoNbTi,在两种不同条件下的机械合金:拘留时间间隔和持续机械合金化。第一个生产单一面心立方固溶体WTaMoNbCr 0.4313和0.4305 nm和WTaMoNbTi晶格参数,分别。第二机械合金化生产扩大的晶格参数0.4319和0.4325 nm WTaMoNbCr WTaMoNbTi,分别由于高污染相关的过程。
耐火材料高熵合金;里特维德细化;机械合金化;研磨介质污染
耐火材料合金通常需要在能源、飞机、航空工业,涡轮叶片,光盘,喷气发动机,结构组件,和涂料,是他们的应用程序的一些示例。合金,如镍,钴,铁基被开发成材料温度升高由于优秀的高温强度和耐蚀性。尽管它们的属性,组件显示service-induced降解可以归因于一个冶金或机械原点,例如为燃气涡轮发动机组件50%以上的失败是由于疲劳(1- - - - - -5]。出于这个原因,材料科学不断发展和改善其策略来提高耐火材料的适用性。这就是高熵合金发挥强大的作用在新耐火材料的设计。耐火材料高熵合金(土卫五)被认为是很有前途的替代高温应用。土卫五NbMoTaW和VNbMoTaW研究了真空电弧熔炼显示single-phase-Body-Centered立方(BCC)晶体结构与铬镍铁合金,比较718年和230年海恩斯,土卫五都展示出优越的屈服强度高于800°C(超合金的典型操作温度),有很强的抗高温软化[6]。挂等人研究了影响钛的合金NbMoTaW VNbMoTaW,证明增强的强度和延性,室温屈服强度的TiNbMoTaW TiVNbTaMoW 1343 MPa和1515 MPa,分别与压缩塑性应变超过10%,与此同时,室温屈服强度的NbMoTaW VNbMoTaW 1058 MPa和1246 MPa,延性较低约2.0%和1.5%,分别为(7]。
通常,美洲鸵是由弧熔化温度,但使用了一些加工路线准备这些合金,如溅射(8],长条木板淬火[9),机械合金化。机械合金化(MA)是一个路线,防止常见的树突结构与一些micro-segregation [10- - - - - -14),金属间化合物的形成,避免熔化过程中的晶粒生长问题[15),除了允许亚稳相的形成和supertasured解决方案(16]。一些评论试图雷竞技苹果下载提供一个全面的和批判性分析的潜力和限制机械合金高熵合金(头脑)17,18]。此外,对于某些应用程序电弧熔化/铸造路线不适合工业制造业由于限制在最终产品的形状和大小,和不经济的缺点19]。例如,康等人证明了WTaMoNbV合金合并SPS在1500°C有明显增加的屈服强度2612 MPa和8.8%的应变在室温压缩试验,而电弧熔炼合金的屈服强度1246 MPa和1.7%的塑性应变。机械性能之间的差异是由于小粒径5.30µm, SPS标本的固溶淬火的C和O烧结过程有关,和Ta2VO6沉淀(20.),类似的属性已经发现合金TaTiZrNbAl高屈服强度1740 MPa在室温下12%的可观的压缩塑性(21],NbTaTiV屈服强度1370 MPa,断裂应变为23%在室温下(22]。
这项研究集中于两个土卫五WMoTaNbCr和WMoTaNbTi系统,所使用的传统的粉末冶金过程。研究了机械合金化的两种策略:第一个认为行星球磨机的拘留,第二个由球磨机的连续操作。当前研究的目的建立了粉末冶金路线,其阶段和微观结构特征。
合金的形成WMoTaNbCr和实施WMoTaNbTi克分子数相等的成分。W,密苏里州,助教,Nb、Cr和钛粉的纯度为99.9%在这项研究中,使用粒度小于75µm。原始粉末被安置在Yttria-stabilized氧化锆瓶等原子的比例由球相同的材料(比例1:1的5和10毫米直径)。机械合金化过程进行2 wt %硬脂酸作为过程控制剂(PCA)在高能行星球磨机Retsh PM400在250 rpm, ball-to-powder比例为10:1,超高纯度氩气氛,防止氧化。进行了pre-milling 2 h与几克的元素粉末研磨介质的外套。进行机械合金化的两种策略:(i)分析铣削动力学的合金,粉末样品(0.1 g)采样后5、10、30、50、100 h的铣削。这些程序在手套箱进行了粉末的防止氧化;(ii)在第二个机械合金化粉末研磨连续100小时不拘留。
粉末样品的晶体结构是由x射线衍射分析,x射线衍射STOESTADI MP使用铜Kα辐射,和莫德里特维德细化是用软件。的形状和元素分布中的元素粉末是由场发射扫描电子显微镜分析了量子FEG 250和能量色散X -射线能谱(EDS)。
在马第一机械合金化的进化阶段
合金的XRD模式准备在每个球磨时间了图1。最初的衍射峰的纯元素可以观察到在最初的混合粉末表示0 h。WMoTaNbCr合金,5 h磨粉表明,助教和Nb形成BCC固溶体是意料中的由于类似的原子半径(0.143海里(23]),出现第一个原则(111)衍射峰的FCC阶段,10 h Cr磨粉开始进入固溶体,而莫扩散到W结构(原子半径莫和W的0.136和0.137 nm,分别),并保持唯一的(110)面BCC阶段。FCC阶段和W峰值共存30 h磨粉,除了峰展宽的减少微晶大小相关的机械合金化是明显的。它可以假设元素的固溶体序列与熔点,低熔点元素溶解迅速,同样在其他工作报告(24]。当铣时间达到100 h只能发现FCC阶段。类似的行为显示了WMoTaNbTi合金助教,Nb,和Ti形成BCC固溶体5 h磨碎的时候,用的存在(111)FCC平面衍射和莫扩散到W结构。10 h研磨时间,只有W峰值原则(111)FCC飞机存在,直到磨时间增加到100 h,只有FCC阶段存在。
里特维德细化所示的结果表1,表明纳米晶体的大小和高合金的微应变,高能过程,相关协议与其他的机械合金化美洲鸵如图所示表2在重大案件BCC的晶体结构。的晶格参数表3bbc表示不同的阶段获得的其他作品和FCC阶段在目前的工作,虽然当NbMoTaWVTi合金合并通过SPS FCC阶段观察到的晶格参数为0.4235 nm,类似于FCC阶段的晶格参数的工作(25]。
| 合金 | 晶格参数,纳米 | 微晶尺寸,纳米 | 微应变, |
|---|---|---|---|
| WMoTaNbCr | 0.4313 | 44.77 | 0.0106 |
| WMoTaNbTi | 0.4305 | 4.06 | 0.0029 |
表1。晶格参数、微晶尺寸和微应变的FCC固溶体在100 h研磨时间,第一机械合金化。
| 他叫粉 | 微晶尺寸,纳米 | 微应变, | 阶段 | Ref。 |
|---|---|---|---|---|
| NbMoWZrV | 11 | 0.0058 | BCC + FCC | (26] |
| NbMoTaW | 11.8 | 0.0069 | BCC | (27] |
| NbMoTaWV | 66.1 | 0.0096 | BCC | (28] |
| MoNbTaTiV | 12.9 | 0.0089 | BCC | (29日] |
| WMoVCrTa | 3.16 | - - - - - - | BCC | (30.] |
表2。通过MA参数不同的头脑处理技术。
任何可靠的晶体结构预测液相基于Hume-Rothery规则(32可以使用VEC参数定义的总电子的数量包括在价带中d-electrons调和,数学上定义的
在哪里
和单独的元素的原子百分比我。郭等人确定BCC阶段发生
在FCC阶段
和6.87≤FCC, BCC的混合物VEC≤8 [33]。的计算VEC参数WMoTaNbCr和WMoTaNbTi合金是5.6和5.2,分别预测合金的BCC阶段。一般来说,难熔元素VEC值小,例如,锆(4)、高频(4),元素中列出表4生产美洲鸵与VEC小于6.86稳定BCC阶段可以注意到的全面的数据编译Couzinie et al。34]。此外,WMoTaNbTi合金产生的电弧熔化(35和选择性电子束融化36与单个BCC阶段),支持这一理论。因此,100小时机械合金化和呈现图1表明,FCC阶段对合金亚稳相,这是意料中的这条路线过程中由于高能源供应粉末,甚至能够产生高熵眼镜或非晶合金(37]。尽管FCC单独的固溶体,可以观察到这两种合金相变BCC 5 h铣时间迅速消失在10 h (WMoTaNbCr合金只保持德(110)峰10 h),如图所示表3BCC单产生的美洲鸵马处理固溶体在铣削时低于30 h,因此可能100 h机械合金化粉末生产的高能诱导FCC的形成阶段。
| 他叫合金 | 研磨时间,h | 晶格参数,纳米 | 阶段 | Ref。 |
|---|---|---|---|---|
| VNbMoTaW | 30. | 0.3146 | BCC | (31日] |
| NbMoTaWVTi | 20. | 0.3172 | BCC | (25] |
| WNbMoTaV | 6 | 0.3186 | BCC | (20.] |
| TiNbTa0.5ZrAl0.5 | 10 | 0.3355 | BCC | (21] |
表3。晶格参数不同的美洲鸵马处理技术。
| 元素 | VEC |
|---|---|
| W | 6 |
| 莫 | 6 |
| 助教 | 5 |
| 注 | 5 |
| Cr | 6 |
| “透明国际” | 4 |
表4。VEC元素(38]。
图1:x射线衍射模式的磨粉0 5、30、50和100 h:(一)WMoTaNbCr合金;(b) WMoTaNbTi合金。
WMoTaNbCr合金的元素映射FESEM中给出图2表明均匀分布的耐火材料元素没有隔离,以及WMoTaNbTi图3。这些结果是在良好的协议与以前的分析中,证据难熔元素的固溶体在100 h磨时间。
图2:FESEM形象及元素分布的100 h研磨WMoTaNbCr粉。
图3:FESEM形象及元素分布的100 h研磨WMoTaNbTi粉。
在马第二机械合金化的进化阶段
相比之下,图4说明第二组粉,机械合金在相同的条件下,但随着不同研磨时间为100小时,连续与第一磨粉的拘留,在瓶的内容都是操纵脱粉球和内心世界。当第二组粉马停止过程中,粉末沉积在瓶的底部压实,所以有必要磅材料用勺子。这种现象观察到的效果图4。有效的研磨时间位于10至30 h(第一个马,高污染的研磨介质,Yttria-stabilized氧化锆。此外,W和FCC山峰是转向一个未成年人的角度,证明了图5,揭示Zr扩散的W和FCC的晶体结构。此外,原子半径分析支持证据,因为Zr的原子半径是0.162海里,而W原子半径是0.137海里。记住这一点,可能是原子的Zr会掉球和瓶子的墙壁,扩散到W结构,增加了晶格参数。类似的现象发生在FCC的阶段。前面的sql语句被考虑的结果证实了里特维德细化表5当比较FCC高熵合金的晶格参数表1注意增加,同样的现象发生的W结构当它把晶体信息文件(CIF)使用,考虑到价值0.3164海里(3.1648)。
| 阶段 | 晶格参数,纳米 |
|---|---|
| FCC在WMoTaNbCr | 0.4319 |
| FCC在WMoTaNbTi | 0.4325 |
| W在WMoTaNbCr | 0.3208 |
| W在WMoTaNbTi | 0.3268 |
表5所示。FCC固溶体的晶格参数在100 h和W研磨时间、第二机械合金化。
图4:XRD 10 h和30 h模式的第一机械研磨粉和100 h的第二个磨粉(用100 h *):(一)WMoTaNbCr合金;(b) WMoTaNbTi合金。
图5:详细的XRD 30°-50°之间有一个缩放模式。第一次和第二次的比较。
粉末中的元素的不均匀性是显而易见的图6WMoTaNbCr合金的,例如,有一个带1 W,密苏里州,和Nb,区域2是富含Cr和助教。所示类似的情况图7与WMoTaNbTi合金有一个清晰的分离的莫,Nb, Ti。
图6:FESEM形象及元素分布的100 h研磨WMoTaNbCr粉末压实,10000 x。
图7:FESEM形象及元素分布的100 h研磨WMoTaNbTi粉末压实,10000 x。
Zr的存在证明了映射图8和显示材料的研磨介质滴,是合金。的映射图6可以建议Zr和Nb形成固溶体。这一分析证实了DRX结果显示前(图4和图5)。作为陶瓷研磨介质的污染((ZrO20.89 (Y)2O30.11)0.901是通过里特维德细化量化得到的合金WMoTaNbCr WMoTaNbTi, 20.4 wt % 21.8 wt %的污染,分别。最后分析相关因为表明研磨介质的污染是要记住的一个重要因素,例如,它已经发现,在5 h铣时间Zr的合并可能会导致大约6 wt. %的粉末(39),和前面的调查证明,玛瑙(SiO2)和氧化锆研磨介质,尽管他们惰性自然室温下,很容易污染粉末和机械化学的反应,而钨碳化物(WC)研磨介质显示更好的行为(40]。
图8:Zr的映射100 h磨粉压实、10000 x: a) WMoTaNbCr;b) WMoTaNbTi。
WTaMoNbCr和WTaMoNbTi耐火高熵合金是通过两个不同的机械合金化(MA)的条件。马在第一阶段的演变在100 h铣削时显示的形成一个面心立方晶格参数0.4313和0.4305纳米的纳米晶体WTaMoNbCr WTaMoNbTi合金,分别。相比之下,马第二证明了有效的研磨时间是10至30 h(第一个马,ZrO2-Y2O3的重要污染和峰值低角度的转变由于锆原子在晶体的结合,增加的晶格参数阶段。污染是由WTaMoNbCr里特维德细化和量化WTaMoNbTi获得20.4 wt % 21.8 wt %,分别。最后,机械合金的路线起根本作用的最终结果机械合金,和过程的参数作为研磨介质和拘留时间必须明智地选择。
作者要感谢费德里科•圣玛丽亚大学尤其是研究粉末冶金实验室提供的支持FONDECYT格兰特没有1190797,和“Piensa Mineria”Codelco的程序。
