Registration Number
0825U001582, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
27-06-2025
popup.evolution
o
Title
Structural State and Mechanical Properties of High-Entropy Alloys and Borides Based on 3d-Transition Metals with the Addition of Al, Mo, W
Author
Naumenko Maksym P.,
popup.head Myroslav V. Karpets
popup.opponent Firstov Heorhii S.
popup.opponent Ruslan A. Serhiienko
popup.review Svitlana M. Voloshko
popup.review Mykhailo M. Yamshynskyi
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дисертаційна робота присвячена дослідженню структурного та фазового стану, механічних властивостей сплавів FeCoNiAlVMo, FeCoNiCrMoW, FeCoNiCrMnW, FeCoNiAlCrMnх(х=0,5;1), FeCoNiAlVMoB, FeCoNiCrMoWB, FeCoNiCrMnWB у вихідному стані та після окиснення, а також середньоентропійних диборидів на основі порошків HfB2, TiB2, ZrB2, NbB2,TaB2. У роботі наведено літературний огляд останніх досліджень за темою дисертаційної роботи. Представлено аналіз літературних джерел, присвячених основним характеристикам і властивостям багатокомпонентних систем із складом наближеним до еквімолярного, відомих як високоентропійні сплави (ВЕС). Описано основні методи їхнього синтезу та емпіричні параметри, що використовуються для прогнозування й утворення таких сплавів. Розглянуто структурні особливості ВЕС і проведено їх порівняння з кристалічними та аморфними металічними сплавами. Розглянуто основні критерії, що визначають формування структури ВЕСів – твердофазного розчину. На основі одержаних даних сформульовано мету та завдання даного дослідження. Представлено результати дослідження сплавів високоентропійних матеріалів після аргонно-дугового переплаву. Проведений аналіз валентної електронної концентрації (VEC) для різних складів ВЕС, який дозволяє передбачити їхню кристалічну структуру. Загалом, для VEC > 7,5 ел/ат характерним є формування гранецентрованої кубічної (ГЦК) структури, що забезпечує високу пластичність та стабільність твердої фази. Класичним прикладом є еквіатомний сплав Кантора FeCoNiMnCr (VEC = 8 ел/ат), в якому формується однофазний твердий розчин з ГЦК-структурою. У сплавах зі значеннями VEC у діапазоні 6,8–7,5 ел/ат можлива поява суміші фаз (ГЦК + ОЦК), що спостерігається, наприклад, у FeCoNiCrMoWB (VEC = 6,9). За VEC < 6,8 переважає об’ємноцентрована кубічна (ОЦК) фаза, що характерно для сплаву FeCoNiAlMnCrB (VEC = 6,7 ел/ат). Легування сплаву Кантора алюмінієм зменшує VEC до 7,2 ел/ат і у сплаві FeCoNiAlMnCr фіксується однофазний твердий розчин з ОЦК структурою, упорядкованою за типом B2. Легування W однофазного ГЦК сплаву Кантора FeCoNiCrMn, приводить до зміни фазового складу із формуванням суміші твердих розчинів на основі ГЦК та ОЦК граток, а також виділення інтерметаліду типу μ-фази (Fe7W6). Додавання бору сприяє відхиленню від правила визначення складу за VEC і відбувається утворення трьох боридних фаз – FeW2B2 та WB з тетрагональною і орторомбічною структурами та (Cr,Fe)23B6 з кубічною граткою і структурою типу Cr23С6. При заміні марганцю на молібден, у сплаві FeCoNiCrMoW спостерігається значне збільшення долі ОЦК з 16 до 45 % ваг, а μ-фази з 23 до 40 % ваг. При подальшому введенні до сплаву бору, у порівнянні із FeCoNiCrMn, спостерігається збільшення кількості боридних фаз з трьох до п`яти, які мають різний тип кристалічної структури – (MoW)B, MeB2, Fe2B, Ni3B та Ni21Mo2B6. З метою порівняння впливу ентропійного фактора на одержання боридів іншими методами, проведено дослідження структури та фазового складу високоентропійних боридів, отриманих за температури 2000 С методом гарячого пресування (ГП) вихідних порошків диборидів. Однофазні дибориди (TiB2, ZrB2, HfB2, NbB2, TaB2) використовували для отримання різних твердих розчинів. Консолідацію середньоентропійних твердих розчинів (Ti, Zr, Hf)B2, (Zr, Hf, Nb)B2, (Zr, Hf, Ta)B2 , (Zr, Hf, Nb, Ta)B2 проводили гарячим пресуванням (ГП) в атмосфері CO/CO2. Наведено результати дослідження фазового та структурного стану високоентропійних матеріалів після окиснення. Під час тривалого високотемпературного окиснення при 900 С протягом 50 годин на поверхні сплавів AlCrMn0,5FeCoNi та AlCrMnFeCoNi формуються суцільні багатофазні оксидні плівки, які містять оксиди Mn3O4, FeMnO3, шпінель NiMn2O4 та Al2O3. При цьому в матриці сплавів відбувається cпінодальний розпад впорядкованої ОЦК (B2) структури на суміш двох твердих розчинів, що мають ОЦК і ГЦК кристалічні структури та σ-фазу з тетрагональною граткою. Під час окиснення сплаву Кантора FeCoNiMnCr при 1000 С протягом 1 години на його поверхні спостерігається формування тонкої плівки із двох оксидів за участю марганцю Mn3O4 та MnFeO3. При введенні до сплаву Кантора вольфраму (FeCoNiMnCrW), на його поверхні після окиснення в аналогічних умовах, спостерігається нерівномірне формування оксидного шару. Окиснення вольфраму відбувається з утворенням оксиду WO3, який при високих температурах (понад 1000 С) має здатність до випаровування. Під час окиснення на поверхні сплаву FeCoNiMnCrWB формується пориста окалина, в структурі якої спостерігаються утворення кількох типів оксидів – світлих дрібно зернистих голкоподібних та дещо оплавлених зерен різного розміру. На поверхні сплаву FeCoNiCrMoWB під час окиснення при 1000 С протягом 3 годин формується товста пориста окалина (до 1400 мкм), яка частково осипається з поверхні зразка. При окисненні сплавів FeCoNiAlVMo та FeCoNiAlVMoB спостерігається різниця у формуванні фазового складу, що пояснюється як різницею у тривалості процесу, так і у фазовому складі сплавів.
Registration Date
2025-05-08
popup.nrat_date
2025-05-08 / 2026-07-01
