Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия

Ри Э. Х., директор высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru
Ермаков М. А., доцент высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, канд. техн. наук, эл. почта: ermakovma@yandex.ru
Ким Е. Д., доцент высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, канд. техн. наук, эл. почта: jenya_1992g@mail.ru
Попова В. С., аспирант высшей школы промышленной инженерии Политехнического института, эл. почта: Alex_Naumov21@pnu.edu.ru

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭC) в последнее время привлекли всеобщее внимание благодаря новому металлургическому подходу к разработке сплавов. Между тем проблемой, препятствующей экономичному производству этих сплавов, является дорогое металлическое сырье и большие затраты электроэнергии при вакуумно-дуговой плавке, которая является наиболее часто используемым методом получения (по данным литературных источников). Для решения этой проблемы способ самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) выделяется как потенциально недорогой, быстрый и простой. Имеется несколько исследований получения ВЭС методом СВС для систем сплавов Al_xCoCrFeNi, CoCrFeNiMn, NiCrCoFeMnAl_x и AlCoCrFeNiMe (Me = B, Cu, Ti). Представленная работа посвящена установлению закономерности влияния добавок циркония и ванадия на структурообразование и свойства в сплавах системы Al – Ti – Cr – Ni – V_хZr_1–х, полученных алюмотермией с применением СВС-металлургии. С использованием методов оптической и электронной микроскопии, микрорентгенспектрального и рентгеноструктурного анализов изучены особенности формирования структуры, ликвационных процессов в структурных составляющих высокоэнтропийных сплавов системы Al – Ti – Cr – Ni – V_хZr_1–х, синтезированных методом СВС-металлургии. Выявлены закономерности изменения структуры и характера распределения элементов в исследованных сплавах в зависимости от добавок циркония и ванадия. Установлено, что добавки ванадия позволяют гомогенизировать термитные смеси и получать однородную структуру в высокоэнтропийных сплавах системы Al – Co – Cr – Fe – Ni, синтезированных методом СВС-металлургии. Наличие основных структурных составляющих в исследованных сплавах подтверждено результатами рентгеноструктурного анализа, хотя стехиометрия идентифицированных фаз не совпадает с результатами микрорентгеноспектрального анализа. Установлена зависимость влияния добавок на микротвердость структурных составляющих.

Исследования проводили в ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ» при финансовой поддержке Министерства науки и образования Российской Федерации в рамках НИР № гос. рег. гос.з. АААА-А20-120021490002-1.

1. Yeh J. W., Chen S., Lin Su-Jien, Gan J.-Y. et al. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes // Advanced engineering materials. 2004. Vol. 6, Iss. 5. P. 299–303.
2. Cantor B., Chang I. T. H., Knight P., Vincent A. J. B. et al. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys // Materials Science and Engineering A. 2004. Vol. 375, Iss. 1. P. 213–218.
3. Gludovatz B., Hohenwarter A., Catoor D., Chang E. H., George E. P. et al. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications // Science. 2014. Vol. 345, Iss. 6201. P. 1153–1158.
4. Youssef K. M., Zaddach A. J., Niu C., Irving D. L. et al. A novel low-density, high-hardness, high-entropy alloy with close-packed single-phase nanocrystalline structures // Materials Research Letters. 2015. Vol. 3, Iss. 2. P. 95–99.
5. Lee C. P., Chen Y. Y., Hsu C. Y., Yeh J. W. et al. The effect of boron on the corrosion resistance of the high entropy alloys Al0. 5CoCrCuFeNiBx // Journal of the Electrochemical Society. 2007. Vol. 154, Iss. 8. DOI: 10.1149/1.2744133.
6. Stepanov N. D. et al. Structure and hardness of B2 ordered refractory AlNbTiVZr0. 5 high entropy alloy after high-pressure torsion // Materials Science and Engineering A. 2018. Vol. 716. P. 308–315.
7. Zhi Q., Xinrong Tan, Zhongxia Liu, Yang Liu et al. Effect of Zr content on microstructure and mechanical properties of lightweight Al2NbTi3V2Zrx high entropy alloy // Micron. 2021. Vol. 144. DOI: 10.1016/j.micron.2021.103031
8. Yang X., Zhang Y., Liaw P. K. Microstructure and compressive properties of NbTiVTaAlx high entropy alloys // Procedia Engineering. 2012. Vol. 36. P. 292–298.
9. Hsu C. et al. Wear resistance and high-temperature compression strength of Fcc CuCoNiCrAl 0.5 Fe alloy with boron addition // Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. Vol. 35. P. 1465–1469.
10. Cao Y. et al. Effects of Al and Mo on high temperature oxidation behavior of refractory high entropy alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29, Iss. 7. P. 1476–1483.
11. Li W., Di Xie, Dongyue Li, Yong Zhang et al. Mechanical behavior of high-entropy alloys // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 118. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2021.100777
12. Kumar A., Singh A., Suhane A. Mechanically alloyed high entropy alloys: existing challenges and opportunities // Journal of materials research and technology. 2022. Vol. 17. P. 2431–2456.
13. Gorr B. et al. High temperature oxidation behavior of an equimolar refractory metal-based alloy 20Nb20Mo20Cr20Ti20Al with and without Si addition // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 688. P. 468–477.
14. Yao H., Yongmiao Liu, Xianhu Sun, Yiping Lu et al. Microstructure and mechanical properties of Ti3V2NbAlxNiy low-density refractory multielement alloys // Intermetallics. 2021. Vol. 133. DOI: 10.1016/j.intermet.2021.107187
15. Stepanov N. D. et al. Structure and mechanical properties of the AlCrxNbTiV (x = 0, 0.5, 1, 1.5) high entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2015. Vol. 652. P. 266–280.
16. Yurchenko N. Y., Stepanov N. D., Zherebtsov S. V., Tikhonovsky M. A. et al. Structure and mechanical properties of B2 ordered refractory AlNbTiVZrx (x = 0–1.5) high-entropy alloys // Materials Science and Engineering A. 2017. Vol. 704. P. 82–90.

17. ТУ 6-09-3642–74. О ксид никеля (II) особо чистый (ОСЧ 10-2). Технические условия. – Введ. 1974.
18. TУ 6-09-2166–77. Титана (IV) окись (Титан двуокись) квалифицированный чистый для анализа и чистый. Технические условия. – Введ. 10.09.1977.
19. ГОСТ 2912–79. Хрома окись техническая. Технические условия. – Введ. 01.01.1980
20. ТУ 6-09-4093–75. Оксид ванадия (пентаоксид ванадия, пятиокись ванадия). – Введ. 1975.
21. ТУ 6-09-4709–79. Цирконий (1У) оксид для оптического стекловарения (цирконий (1У) окись) ОСЧ 9-2. – Введ. 15.02.1979.
22. ТУ 2621-007-69886968–2015. Кальций фтористый (кальций фторид). – Введ. 01.01.2015.
23. ГОСТ 4168–79. Реактивы. Натрий азотнокислый. Технические условия. – Введ. 01.01.1980.
24. ГОСТ 6058–2022. Порошок алюминиевый. Технические условия. – Введ. 01.12.2022.